background image

GEOLOGICA CARPATHICA

, APRIL 2019, 70, 2, 91–112

doi: 10.2478/geoca-2019-0006

www.geologicacarpathica.com

The Plio–Pleistocene demise of the East Carpathian 

foreland fluvial system and arrival  

of the paleo-Danube to the Black Sea

ANDREI MATOSHKO

1, 

, ANTON MATOSHKO

2

 and ARJAN DE LEEUW

3, 4

1

 GeoExpert LLc., freelance geologist, Ap. 37, 1/25 Draizera Str., 02217, Kyiv, Ukraine; 

 

andreimatoshko@gmail.com

2

 GeoExpert LLc., freelance geologist, Ap. 37, 1/25 Draizera Str., 02217, Kyiv, Ukraine; uxz357@gmail.com

3 

Université Grenoble Alpes, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), CS40700, 38058 Grenoble, France;  

arjan.de-leeuw@univ-grenoble-alpes.fr 

4

 Formerly at CASP, West Building, Madingley Rise, Madingley Road, Cambridge, CB3 0UD, United Kingdom

(Manuscript received July 31, 2018; accepted in revised form February 18, 2019)

Abstract: This paper studies the Porat Formation (Fm.), which was deposited along the NE margin of the Dacian Basin 

part of the East Carpathian foreland (ECF) during the Pliocene and Early Pleistocene. We use a review of stratigraphic 

data in combination with lithofacies and sedimentary architecture analysis to interpret the Porat Fm. as a large sandy  

alluvial basin infill with an aggradational structure, consisting of cyclic successions of shallow sandy high-energy braided 

rivers. Aggradation of the Porat Fan was governed by subsidence of the Dacian Basin, along with a northerly supply of 

water and sediment from the Carpathians. Along the southern margin of the area the fan entered the Reni–Izmail-Trough, 

which formed the periodically active gateway between the Black Sea and Dacian basins. Along this trough, the Porat Fm. 

is developed in a different facies, discerned as the Dolynske Member (Mb. 1), which accumulated in the channel of a large 

river interpreted as the paleo-Danube. According to mammal stratigraphy of the Porat Fm. this continental-scale river had 

reached  the  area  by  the  Gelasian  to  early  Calabrian.  The  Porat  alluvial  infill  indicates  a  stable  water  supply  from   

the Carpathians, which explains the ecologically mixed fauna in its deposits: moistened forested alluvial plain-valleys 

were present between the zonally semi-arid steppe interfluves. The Porat Fm. and the previously studied late Miocene 

Balta Fm. are key elements for further in-depth study of the terrestrial evolution (tectonic–sedimentary–relief) of the ECF 

and north-western Black Sea coastal regions.

Keywords: Paratethys, East Carpathian foreland, Pliocene, Quaternary, alluvial deposits.

Introduction

This  paper  sheds  light  on  the  geology  of  the  fluvial  Porat 

 Formation (hereafter “Fm.”), which accumulated in the border 

region of Romania, Moldova and Ukraine during the Pliocene– 

Gelasian–Calabrian (Fig. 1). This area (hereafter “Porat area”) 

occupied a key position between the Black Sea and Dacian 

basins, which were part of the enormous almost land-locked 

Paratethys Sea (Rögl 1998; Popov et al. 2004). As it is estab-

lished  in  the  course  of  the  present  study,  the  south-eastern 

 corner of the Porat area, a trough along the northern margin of 

the  Dobrogea  Orogen,  sometimes  served  as  a  connecting 

straight between the Black Sea and Dacian basins and at other 

times it formed a terrestrial barrier. Despite the high level of 

outcropping, abundance of fossil material and great number of 

local publications, there is no modern synthesis of the geolo-

gical development of the Porat area. There are currently a num-

ber of competing paleogeographic and sedimentary concepts 

and  local  stratigraphic  schemes  with  multiple  names  for  

the same stratigraphic units in different locations.

Our research objective was to distinguish and map fluvial 

formations and their elements for the subsequent reconstruc-

tion of the fluvial sedimentation and relief evolution of the study 

area, in tight correlation with tectonic, climatic and sea-level 

events. We explored the geology of the Porat area, with a par-

ticular  emphasis  on  its  rich  record  of  fluvial  deposits,  most 

informative  among  its  analogues  present  along  the  north- 

western coastal area of the Black Sea (Matoshko et al. 2009). 

In this paper we also make an effort to combine and juxtapose 

the different datasets, approaches and views of various groups 

of  researchers  from  Romania,  Moldova,  Ukraine,  Russia, 

Netherlands as well as from some other countries. In our work, 

we have paid particular attention to the role of tectonic move-

ments as a factor of influence on the reconstructed sedimen-

tary processes. 

How large parts of the brackish–marine sedimentary envi-

ronment  of  the  Paratethys  were  converted  into  new  land 

remains  a  picture  painted  by  rough  strokes.  Nevertheless,  

the last study (Matoshko et al. 2016) confirmed that fluvial 

formations are very informative objects for the comprehension 

of sedimentation and morphogenesis in the vicinity of the land- 

sea borderline during basin retreat. During the late Miocene,  

a  large-scale fluvio–deltaic system  known  as  the  Balta For-

mation (Matoshko et al. 2016) developed in the East Carpathian 

foreland  (hereafter  ECF).  Its  progressive  progradation  was 

interrupted by a marked transgression at the base of the Pontian 

background image

92

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

regional stage (corresponding to the late Miocene, Messinian). 

Our  current  study  addresses  the  subsequent,  Porat  Stage 

(Pliocene–Gelasian–Calabrian),  for  which  we  discern  Early 

and Late Porat substages in the evolution of the ECF, when  

the previously widespread Balta system was transformed and 

alluvial deposits started to accumulate in a number of more 

localized depocenters, among which the Porat area. This can 

be  considered  a  transitional  stage  towards  the  eventual  for-

mation  of  the  familiar  cut-and-fill  terraced  river  valleys  of  

the Pleistocene. We furthermore lay an accent on the evolution 

of  the  NE  margin  of  the  Dacian  Basin  and  its  connection 

directly  to  the  Black  Sea  during  the  Pliocene–Gelasian–

Calabrian through a detailed study of the fluvial Porat Fm.

Another important question which we address is the age of 

the first appearance of the Danube in this critical gateway area 

between the Dacian Basin and the Black Sea. 

Estimates  for  the  timing  of  the  arrival  of  the  continental- 

scale Danube River to the Black Sea are debated and range 

from  the  late  Miocene  (Clauzon  et  al.  2005)  to  Pleistocene 

(Wong  et  al.  1994).  Clauzon  et  al.  (2005)  suggested  that  

the Danube arose during the supposed Messinian desiccation 

of  the  Dacian  Basin  and  the  Black  Sea. Andreescu  (2009),  

on  the  contrary,  inferred  that  the  river  pierced  through  

the Iron Gates at the western margin of the Dacian Basin about 

2.0–1.8 Ma ago, based on an influx of fresh-water molluscs 

from  the  Pannonian  Basin  as  well  as  alluvial  deposits  in  

Fig. 1. Location map and map of outcrops used for the study. Names of tectonic units and faults according to Matenco et al. (2007): EEP — East 

European Platform, SP — Scythian Platform, ND — North Dobrogea, MP — Moesian Platform, FD — Focşani Depression, BF — Bistrița 

Fault, NTF — New Trotus Fault, PCF — Peceneaga–Camena Fault; according to Bala et al. (2003): SGF — St. Gheorghe Fault. Outcrop names 

linking to numbers:1 — Măluşteni 1; 2 — Tuțcani; 3 — Mȃnzătești; 4 — Bereşti; 5 — BăIăbăneşti 1; 6 — BăIăbăneşti 2; 7 —  Slobodzia 

Oancea; 8 — Foltești; 9 — Ljidileni 1, 2; 10 — Tuluceşti; 11 — Vanatori; 12 – Cociulia 1; 13 — Lărguța; 14 — Crăciun; 15 — Ciobalaccia 1; 

16  —  Ciobalaccia  2;  17  —  Chioselia;  18  —  Cîșla;  19  —  Flocoasa;  20  —  Chioselia  Mare;  21  —  Frumușica;  22  —  Holuboaia-Doina;  

23  —  Borceag;  24  —  Spicoasa;  25  —  Tătăreşti  1;  26  —  Tătăreşti  2;  27  — Andrușul  de  Sus;  28  —  Luceşti;  29  —  Tartaul  de  Salcie;  

30 — Trifestii Noi; 31 — Albota de Jos; 32 — Hîrtop-Balabanu; 33 — Moscovei; 34 — Cahul 2; 35 — Dermengi; 36 — Budăi 1; 37 — Ursoaia; 

38 — Budăi 2; 39 — Pelinei; 40 — Musaitu; 41 — Manta; 42 — Vladimirovca; 43 — Gavanoasa; 44 — Colibași 1; 45 — Vynogradivka 1;  

46 — Colibași 2; 47 — Vulcănești 1; 48 — Colibași-Brînza; 49 — Bolgrad 1; 50 — Vulcănești 2; 51 — Vulcănești 3; 52 — Bolgrad 3;  

53 — Valeni 1; 54 — Valeni 2; 55 — Topolyne; 56 – Valeni–Slobodzia Mare 1; 57 — Valeni–Slobodzia Mare 2; 58 — Valeni–Slobodzia Mare 

3,  4;  59  —  Cişmichioi  1,  2;  60  —    Cislita–Prut;  61  —  Etulia  Noua  6;  62  —  Etulia  Noua  2;  63  —  Kotlovyna;  64  —  Giurgiuleşti  1;  

65 — Dolynske 1; 66 — Dolynske 2; 67 — Giurgiuleşti 2 (Ripa Scortselskaia); 68 — Dolynske 3; 69 — Dolynske 4; 70 — Lymanske 1  

(see GPS coordinates of the outcrops in Appendix). Inset map: E. — Eastern, S. — Southern, B.Z. — Bend Zone.

background image

93

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

the western part of the Dacian Basin, meaning its arrival to  

the Black  Sea  could only have occurred later. According to 

Olariu et al. (2018), the Danube appeared on the Romanian 

Black Sea shelf at about 4 Ma, as indicated by an increase in 

sediment volume above an intra-Dacian erosional surface and 

a coincident change in the architectural style in the adjacent 

deepwater  fan.  The  only  available  dated  provenance  record 

from the Black Sea Basin (de Leeuw et al. 2018), indicates 

that Danube-supplied sediment first arrived sometime between 

4 Ma and 1 Ma ago, but does not provide more conclusive age 

constraints  either.  A  factor  that  has  remained  completely 

under-addressed in in this discussion is the geology of the final 

gateway of the Danube to the Black Sea, which we address in 

detail here.

Geological setting

Designation of the Porat Fm. and Dolynske Mb.

The  Porat  area  has  a  long  research  history,  albeit  mostly 

restricted to publications in Romanian, Ukrainian and Russian. 

We here build on some recent reviews (Gozhik 2006; Mokriak 

et  al.  2008;  Matoshko  et  al.  2009)  that  have  renewed  and 

restructured  the  published  information  on  our  study  area  to 

some extent. Scattered data regarding the Pliocene–Quaternary 

faunal remains unearthed in this area were first reported during 

the 19

th

 century. Much later Konstantinova (1967 with refe-

rence to Pavlov 1925) suggested naming the sands with gravel 

and Roussillon fauna near the Prut River the Porat Fm., which 

referred  to  the  Roman  name  for  the  Prut  River:  “Porata”.  

The  formation  was  further  divided  into  Lower  and  Upper 

Porat units.

Meanwhile,  Ghenea  (1968,  1997)  carried  out  research 

within  the  northern  part  of  the  Bârlad–Prut  interfluve  in 

Romania (Fig. 1), where he encountered deposits with a very 

similar nature to the Porat deposits on the Moldavian side of 

the Prut. He described the terrestrial deposits of the Bereşti–

Măluşteni  Fm.  with  an Astian  large  mammal  fauna  and  the 

Tuluceşti Fm., which has a Villafranchian fauna. These con-

cepts  were  not  modified  significantly  hitherto,  although  

the  sub sequent  introduction  of  the  BăIăbăneşti  Fm.,  which 

supposedly overlaps the Bereşti–Măluşteni Fm. and may be 

correlated with the Tuluceşti Fm. (Ionesi et al. 2005; Enciu & 

Dumitricǎ 2008), complicated matters slightly. On the Roma-

nian state geological maps (Ghenea & Ghenea 1967; Saulea et 

al.  1967)  the  Bereşti–Măluşteni  Fm.  was  absorbed  into  

the depicted Levantine, whereas the Tuluceşti and BăIăbăneşti 

formations were attributed to the Early Pleistocene. 

Four  complexes  of  alluvial  and  alluvial–deltaic  deposits 

were distinguished by Gozhik & Chirca (1973) based on col-

lections  of  freshwater  molluscs  from  borehole  cores  taken 

between the Danube, Cahul and Yalpukh lakes (Fig. 1). They 

attributed  these  fluvial  complexes  to  the  Cimmerian, 

Kuialnykian and Gurian stages (Middle Zanclean–Calabrian, 

Fig. 2). 

Synthetic sections derived from a number of outcrops along 

the Bolshaya Salcia and Cahul rivers, as well as two boreholes 

led Hubca (1982) separate the so-called Carbalia Beds from 

the Porat Fm. The only argument for separation was a slight 

difference in fossil assemblages. 

Over the course of the Moldavian state geo-environmental 

survey accomplished in 1994, the Prut-Yalpukh interfluve in 

Moldova  was  geologically  mapped  in  detail.  The  resulting 

maps  depict  the  Musaitu  and  Cîşlița-Prut  suites  that  on  

the accom panying geological profiles clearly match the Lower 

Porat unit as defined before by Roşca (1969). 

We  have  here  chosen  to  absorb  the  numerous  Romanian, 

Moldavian  and  Ukrainian  units  (most  of  them  described 

above) into the Porat Fm. based on their lithological and strati-

graphic similarity. On the other hand, we have decided to dis-

tinguish the Dolynske Member (hereinafter — Dolynske Mb.), 

which comprises the upper, southernmost part of the Porat Fm. 

(Fig. 1). The Dolynske Mb. roughly corresponds to the “Upper 

Porat” as distinguished by previous authors. The justification 

for  the  choice  of  these  units  will  be  made  in  the  following 

sections of the paper. 

Tectonic setting

From  the  traditional  point  of  view  regarding  the  ancient 

deep-seated  tectonic  elements,  the  Porat  area  is  located  on  

the Paleozoic Scythian Platform and a small marginal part of 

the Precambrian East European Platform (Fig. 1). To the south 

and  west,  it  borders  the  Jurassic–Triassic  North  Dobrogea 

Orogen and the Mesozoic–Cenozoic SE Carpathians Orogen 

with  its  foredeep.  However,  it  has  long  been  noted  that  

the  Miocene  tectonic  plan  in  many  cases  does  not  match  

the ancient basement structures and the so-called late Miocene 

Prutian Trough (at the place of the Porat area) extends east-

ward  from  the  foredeep  not  less  than  150  km  (Rudkevich 

1955). Based on findings of numerous tectonic deformations 

in the terrestrial late Miocene–Pliocene deposits and geomor-

phological  analysis,  Bilinkis  (1992)  suggested  that  the  East 

European  and  Scythian  platforms  in  Moldova  were  re-acti-

vated  during  the  Pliocene  as  a  result  of  the  orogenesis  in  

the Carpathians. 

During  the  last  decades  the  post-collisional  history  of  

the  southern  part  of  the  ECF  was  analysed  in  terms  of  

the pro-foreland basin, which appeared as a result of isostatic 

compensation and the resultant flexure in front of the former 

collisional zone and were filled due to erosional unloading of 

the  orogen  (e.g.,  Sanders  et  al.  1999;  Leever  et  al.  2006; 

Matenco et al. 2007). The development of the foreland basin is 

expressed by asymmetrical subsidence in the late Miocene–

Pliocene,  which  was  replaced  by  uplift  and  inversion  of  

the basin in the Quaternary. Fielitz & Seghedi (2005) as well 

as  Matenco  et  al.  (2007)  extended  the  foreland  basin  as  far 

eastwards as the Prut. The results of our previous (Matoshko 

et  al.  2016)  and  present  study  indicate  the  existence  of  

the foreland basin in scale designated by Rudkevich (1955). 

The part of the presently reviewed area is located in the foreland 

background image

94

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

of the so-called Carpathian Bend Zone, which in contrast to 

the rest of the orogen was in a constructive orogenic phase in 

the Pliocene–Quaternary (Sanders et al. 1999). 

Paleo-environmental setting and climate

Muratov (1964) was one of the first to characterize the land-

scapes  and  the  climate  around  the  residual  basins  of  

the Eastern Paratethys during the Pliocene regional Cimmerian 

and Kuialnykian stages (Fig. 2). In his opinion, based mostly 

on paleontology and sedimentary facies, the Cimmerian was 

the  warmest  period  of  the  whole  Neogene.  There  were 

“Subtropical steppes” with red soils and a wide-spread river 

network surrounded the coasts of the Black Sea and its Dacian 

bay.  The  rivers  carried  out  a  great  amount  of  iron  into  the 

basins, which in some places led to the formation of iron-ore 

Fig. 2. Correlation table of the Porat Fm. and its probable analogues; by different authors against the background of sedimentary environment 

evolution. *Local units are put into the table according to their original correlation to ELMMZ; **the regional Moldavian and Odessian com-

plexes of small mammals (Shevchenko 1965) are added by present authors to the Gromov’s complexes as that were frequently applied to  

the fossils of the area in consideration. Abbreviations (columns, left to right): Ukr. — Ukrainian, Dinoget. — Dinogetian, FD — foredeep,  

B  —  Brunhes,  M  —  Matuyama,  Ga  —  Gauss,  Gi  —  Gilbert,  Villan.  —  Villanian,  ELMMZ  —  European  Land  Mammal  Mega  Zones,  

Khap.  —  Khaprovian,  Psek.–Od.  —  Psekupsian–Odessian;  Ta.  —  Tamanian,  Tirasp.  —  Tiraspolian,  S–Kh.  —  Singilian–Khazarian,   

L. — Lower, U. — Upper, B. — Beds, S. — Series, St. — Suite, Fm. — Formation, Mb. — Member, Villan. — Villanian, Oz. — Ozerne,  

Su. — Suvorovo, Na. — Nagirne, Cm — Cimmerian, ND — Near-Danube; inc. — incision.

background image

95

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

deposits (e.g., the Kerch iron-ore field; Kholodov et al. 2014), 

or the accumulation of abundant glauconite in transgressive 

lag  deposits  (Jorissen  et  al.  2018).  Humidity  progressively 

increased during the Cimmerian and reached a maximum in 

the  Kuialnykian,  after  which  the  climate  became  cooler 

(Muratov 1964). 

The  last  summary  of  the  landscape–climate  features  of  

the south-western part of the East-European Plain was made 

by  Svetlitskaya  (1994)  based  on  various  paleontological 

 lite rature  data,  which  included  plant  macrofossils,  pollen, 

large  mammals,  small  mammals,  ostracods,  and  molluscs.  

The climate and vegetation of the regional stages of the latest 

Miocene and Pliocene were characterized as follows.

In  the  Pontian,  the  area  was  covered  by  a  forest–steppe 

 vegetation and the climate was inferred to have been some-

what warmer than now. In the Cimmerian, the area had preva-

lent  broad-leaved  forests,  which  became  less  widespread  at  

the  end  of  the  stage.  The  early  Cimmerian  is  regarded  as  

the warmest and probably most humid time in the Pliocene, 

whereas the remainder of the Cimmerian is regarded as fairly 

dry. In the Kuialnykian, there were mixed conifer and broad-

leaved forests, which were replaced by moist steppe vegeta-

tion towards the east. Climate was initially rather warm and 

humid, but a substantial reduction of the forest at the end of 

the stage indicates cooling and probably aridification. The trend 

of cooling and moderate aridification continued during the Early 

Pleistocene (Calabrian), forming the modern steppe landscape 

of the area. 

Despite some general climatic estimates, the characteristics 

of the individual stages of the Pliocene and Gelasian do not 

coincide  in  these  studies,  which  may  be  due  to  a  different 

interpretation  of  the  mixed  composition  of  fauna  and  flora, 

which belonged to different climatic zones.

Methods

We have conducted an intensive review of previous work, 

including: the history of the Porat Fm. studies and an essential 

refinement of the Pliocene–Quaternary stratigraphy. This was 

followed by our own analyses of the lithofacies and sedimen-

tary  architecture  of  the  fluvial  formations  supplemented  by  

a summary of publications on their mineral and petrographical 

composition.  

For the purpose of mapping and lithofacies analysis we used 

70 outcrops (Fig. 1). Many of them are new, while some were 

known from the literature. Most outcrops are several tens of 

metres  wide  and  from  several  up  to  30  m  high.  Thirty  of  

the  largest  reference  outcrops  were  subjected  to  thorough 

facies analysis. The position and altitude of the outcrops were 

measured  using  GPS  with  rough  control  by  topographical 

maps and satellite images. 

Along with these exposures, we used several dozen bore-

hole descriptions from the state archives (DNVP “Geoinform 

of Ukraine” and State Agency for Geology of the Republic of 

Moldova).  These  borehole  records  were  re-interpreted  for  

an analysis of the sedimentary architecture on formation scale 

with construction of cross-sections. 

Results

Review of stratigraphy and age of the Porat Fm. and 

 Dolynske  Mb. 

Under- and overlying marker beds

In most of the study area, the Porat Fm. erosively overlies 

mollusc bearing shallow marine sediments that were deposited 

during the early Pontian (Fig. 2). During our study we regis-

tered their direct erosive contact in the Slobodzia Oancea site. 

They  are  thus  younger  than  early  Pontian.  Magnetostrati-

graphic results from the Dacian Basin and the northern coast 

of the Black Sea indicate that the base of the early Pontian falls 

in  chron  C3An.1n  and  is  consequently  6.1  Ma  old,  while  

the top of the early Pontian is 5.8 Ma old (Vasiliev et al. 2004;  

Krijgsman et al. 2010). 

For deposits more recent than the Pontian, there is a diffe-

rence in stratigraphic terminology between the Dacian Basin 

and the Black Sea Basin. In the Dacian Basin, the Pontian is 

overlain by the Dacian (Fig. 2). The Pontian–Dacian boundary 

is dated at 4.8 Ma (Jorissen et al. 2018). Along the northern 

coast of the Black Sea, the Pontian is overlain by the Cim-

merian. The lowermost Cimmerian forms a reddish condensed 

interval at the Zheleznyi Rog section on Taman and has a nor-

mal polarity (Vasiliev et al. 2004; Krijgsman et al. 2010). It was 

thus interpreted to have accumulated during the Tvera normal 

chron with a base at 5.235 Ma (Gradstein et al. 2012). The top 

of the Pontian could thus be 5.235 Ma or 4.8 Ma old, depen-

ding  on  whether  a  Black  Sea  or  Dacian  Basin  stratigraphic 

framework is chosen. 

In the narrow strip south of the New Trotus Fault (Fig. 1)  

the Porat Fm. overlies shallow, marine-mollusc-bearing early 

Cimmerian deposits (Mokriak et al. 2008). This indicates that 

at least part of the Porat Fm. and the complete Dolynske Mb. 

are younger than early Cimmerian. Along the lowest Danube, 

the  Porat  Fm.  is  underlain  by  fluvial  deposits  of  the  Near 

Danube Fm. (Matoshko et al. 2009), which was correlated to 

the Dacian Stage of the Dacian Basin (Gozhik & Chirca 1973) 

and to the Cimmerian Stage of the Black Sea (Mokriak et al. 

2008). In this area, the deposits of the Porat Fm. and Dolynske 

Mb.  are  furthermore  overlain  by  estuarine  deposits  of  

the Paleo-Euxinian age (Fig. 2). This sets the upper age limit 

for the fluvial formation. 

In  many  places,  a  weathering  crust  had  developed  on  

the Pontian before the deposition of the Porat Fm. The top of 

the  Pontian  is  moreover  frequently  coloured  in  bright  red.  

At the contact with the overlying alluvial deposits it is accom-

panied  by  red-coloured  conglomerate  and  red-brown  lumpy 

frac tured  silts-clays  interpreted  as  paleosols  (e.g.,  Ghenea 

1968;  Roşca  1969;  Hubca  1982;  Vangengeim  et  al.  1995; 

Gozhik 2006). The Porat Fm. is frequently overlain by clays 

background image

96

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

and silts of red, brown, green, grey and blue tints combined in 

present  paper  in  name  “Red-Brown  Fm.”.  This  formation 

occurs widespread on the Scythian Platform and the southern 

part of the East-European Platform. According to Dodonov et 

al. (2005) its age range covers the Pliocene and Eopleistocene 

(Lower  Pleistocene  in  the  current  scheme).  The  origin  of  

the Red-Brown Fm. is not clear. 

Biostratigraphy

Abundant fossil finds from the Porat alluvial deposits are 

reported in the local literature. These mainly comprise terres-

trial vertebrates and molluscs. However, a thorough analysis 

of  the  available  information  on  these  fossil  finds  (without  

the scrutiny of taxonomy and its knotty history) revealed that 

for a significant portion the exact place where the fossils were 

found is not documented, or the fossils were not reinterpreted 

and classified properly to the modern state of the art. Different 

researchers  commonly  worked  on  different  sections  and 

obtained different lists of distinguished species that are impos-

sible to match. In our further consideration we have only taken 

into account fossils for which the location and classification 

were properly documented. 

It appears that quite a variety of taxons of large mammals 

with overlapping lineages occur in what could be seen as one 

vast Pliocene–Calabrian zone (Supplementary Table S1). Others 

occupy  narrower  chronological  intervals  inside  the  noted 

zone. A  more  meticulous  look,  linking  the  mammal  occur-

rences with site locations, highlights rejuvenation of mammal 

ages  southwards.  The  youngest  species  are  found  at  sites 

which pertain to the Dolynske Mb. (Fig. 1). 

Analysis of the much more numerous remains of small ver-

tebrates and especially the Cricetidae family (Konstantinova 

1967;  Ali-Zade  et  al.  1972;  Gromov  &  Polyakov  1977; 

Shushpanov 1977, 1980; Alexan drova 1989; Vangengeim et 

al.  1995;  Radulescu  &  Samson  2001;  Tesakov  2003,  2004) 

pro vides  more  thorough  stratigraphic  insight  confirming  

the  con clusion  made  concerning  large  mammals  (Supple-

mentary Table S2). There is an evident up-section younging 

trend from European Mammal Zones MN 14 to MN 15 for  

the  sites  of  the  northern  and  central  part  of  the  Porat  area. 

There is furthermore a southward younging trend in the fossil 

assemblages  pertaining  to  the  MN  16–17  zones,  including 

those found in the Dolynske Mb. It is mainly on the basis of 

these fauna variations the previous authors have distinguished 

the Lower and Upper Porat units.

More than one hundred species of freshwater and euryhaline 

clams  are  known  from  the  Porat  Fm.  (e.g.,  Konstantinova 

1967;  Ghenea  1968;  Sinegub  1969;  Ali-Zade  et  al.  1972; 

Gozhik & Chirca 1973; Hubca 1982; Nikiforova et al. 1986; 

Gozhik 2006; Andreescu et al. 2013) but only some of them 

have a distinct stratigraphic significance. The lowermost beds 

of the Porat Fm. especially those directly overlying the Pontian 

contain various forms of the Prosodacna genus very peculiar 

to the Meotian–Pontian strata of the region. Above these beds, 

they are not encountered. The lowest part of the Porat Fm. and 

Tuluceşti Fm. are characterized by gauffering Margaritifera of 

the Plicatibaphia genus, transforming to smooth forms upsec-

tion (Nikiforova et al. 1986; Andreescu et al. 2013). These are 

joined by species of the Psilunio genus and Viviparus bifarci-

natus Bielz. passing up to the middle beds of the Porat Fm.  

As a whole they correlate with the Late Dacian. The species 

Psilunio sandbergeri  Neum.  emerged  in  the  upper  part  of  

the Porat Fm. and also occurs in the Tuluceşti Fm. The upper 

boundary  of  the  zone  with  Viviparus bifarcinatus  coincides 

with  the  Gilbert–Gauss  Paleomagnetic  epochs  boundary 

(Nikiforova et al. 1986). 

Paleomagnetic dating

A summary and revision of the magnetostratigraphic study 

(Hubca  et  al.  1983;  Sadchikova  et  al.  1983;  Alexandrova 

1989) of five sections on the right bank of the Bolshaya Salcia 

valley (Fig. 1), accompanied by small mammal identifications, 

led  Vangengeim  et  al.  (1995)  to  conclude  that  the  Carbalia 

beds pertain to the late part of the Gilbert Chron. They have in 

this case used the MN 15 type mammal fauna as an additional 

constraint to correlate the polarity pattern of small and isolated 

sections. The lower boundary of the formation is placed either 

at the top of, or within the Cochiti subchron (C3n.1n; 4.300–

4.187  Ma;  Gradstein  et  al.  2012).  The  upper  boundary  of  

the formation is considered to be near the boundary between 

the  Gilbert  and  Gauss  chrons  (3.596  Ma;  Gradstein  et  al. 

2012). Given the north–south younging trend in the Porat Fm. 

demonstrated by the small mammal fauna, sections to the north 

of those investigated by Vangenheim may be older, whereas 

those to the south may be younger. In addition, the Bolshaya 

Salcia  sections  lay  20–40  m  below  the  local  watershed  and 

may be overlain by younger alluvial deposits that are currently 

unexposed.

Because there are no thick, continuous intervals of the Porat 

Fm.  exposed,  paleomagnetic  results  cannot  be  correlated  to 

the regional timescale without the aid of mammal or mollusc 

assemblages. Considering the age of the underlying Pontian 

and  overlying  Paleo-Euxinian  deposits  and  the  Porat  Fm.’s 

mammal fauna, which ranges from MN14 to MN17 in age, 

single reversals can be correlated to any part of the magnetic 

polarity timescale between the middle part of the Gilbert chron 

to the lower part of the Matuyama chron. 

Lithology and lithofacies of the Porat Fm.

We have used lithofacies analysis to provide reliable criteria 

for the mapping of the Porat Fm. including the Dolynske Mb. 

and to interpret the sedimentary environment in which they 

accumulated.  Our  outcrop  examination  was  integrated  with 

the results of previous studies (Konstantinova 1967; Ali-Zade 

et  al.  1972;  Negadaev-Nikonov  et  al.  1980;  Hubca  1982; 

Hubca et al. 1983). The determination of lithology, sedimen-

tary structures, textures, their spatial relations and some other 

features is used for identification of lithofacies, which are fur-

ther combined into characteristic facies associations. A facies 

background image

97

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

association  is  described  here  as  a  stable  pattern  of  distin-

guishable units (consisting of lithofacies), similarly repeated 

in a number of sections and bounded by extensive erosional 

surfaces. 

In general, we distinguished two main groups of facies that 

pertain to alluvial and basin environments respectively. There 

are two varieties of alluvial associations in the deposits that 

are traditionally attributed to the Porat Fm. (Table 1). One of 

them  is  encountered  in  the  majority  of  the  studied  sections 

within the Prut–Yalpukh interfluve (Fig. 1) and called “Prut–

Yalpukh alluvial facies association”. The other variety occurs 

exclusively in several outcrops in a small strip along the lower 

reaches of the Danube and Prut rivers near Dolynske (Fig. 1). 

The striking difference in lithofacies and the accompanying 

difference in occurrence and sand composition, which will be 

dwelt on below, are the main reasons to distinguish the latter 

as the “Dolynske alluvial facies association”.

Prut–Yalpukh facies association 

The Prut–Yalpukh alluvial facies association is represented 

by a principal lower sand-dominated unit (A) and a less abun-

dant upper mud-dominated unit (B). Its thickness varies from 

2 to 8 m. This structure repeats cyclically. The surfaces that 

separate units of different alluvial cycles are the most conti-

nuous surfaces at outcrop, often continuing through the whole 

exposure. Up to 4–5 alluvial cycles are registered in the highest 

outcrops  (Chioselia  Mare,  Manta,  Colibași  1  and  Valeni  2) 

during this study (Fig. 3). A set of exposures of at least 50 m 

height  on  the  right  slope  of  the  valley  Bolshaya  Salcia  dis-

played up to 10 such cycles (Hubca 1982; Vangengeim et al. 

1995). In places where the Porat Fm. is thicker, more nume-

rous  cycles  are  to  be  expected.  Hubca  (1982)  wrote  about  

a general coarsening upwards of sands in the upper layers of 

the Carbalia Beds (upper part of the Porat Fm. in the Prut–Yal-

pukh interfluve), which is consistent with our observations.

The A unit was traditionally identified in the area of consi-

deration  as  “sands  with  gravel”  (Figs.  3,  4). Their  granulo-

metry varies from very fine to coarse sand. Fine sand prevails. 

There is no analytical data about sand sorting, but visual esti-

mations indicate a predominance of poor and medium sorting 

and  the  absence  of  fining  or  coarsening  upwards  trends.  

The A unit is dissected by numerous subhorizontal, slightly 

concave and sometimes incision-like scour surfaces. Among 

them we distinguish the main intra-unit type of surfaces which 

separated two varieties of the A unit differing by sedimentary 

structures and content of coarse material. 

The first variety (A1, the most common) is dominated by 

cross-bedded (trough and planar) and ripple cross-laminated 

sands.  The  second  variety  (A2)  contains  parallel  (or  semi- 

parallel) laminated and trough cross-bedded sands sometimes 

with a unidirectional dip of the cross-sets (Figs. 3, 4). The second 

variety  also  differs  by  more  irregular  structure  with  greater 

abundance of scours, more frequent soft sediment deforma-

tions and usually an increased amount of gravels, which can 

be up to 2 m thick at the unit base. 

Sediments  of  both  the A1  and A2  varieties  occur  in  rela-

tively thin (generally 0.2–2 m) and laterally limited (usually  

a  few  meters  long)  layers  or  lenses  replacing  each  other  in  

an irregular way. Their cross-bedding sets are 0.1–0.3 m thick 

on average, reaching in places up to 1 m. The dip of foresets in 

the A unit shows that paleocurrents varied greatly from west 

over  south  to  east,  with  an  average  southerly  direction.  

The A unit contains scattered gravel clasts and clusters thereof 

in the coarse sand matrix part of channel lags that line the ero-

sional base of the unit. There is a noticeable increase in gravel 

clasts in the northern part of the study area and in sites close to 

the Prut River from Manta (upper part of section) southwards 

(Fig. 1). 

Gravels primarily include carbonate nodules, mud clasts as 

well as exotic clasts. Mammal bones and mollusc shells (pre-

dominantly freshwater) are encountered in many exposures, 

but  clusters  of  shells  (coquina)  are  found  only  in  the  basal 

horizons of the Colibași–Brînza and Valeni–Slobodzia Mare 1 

sites. 

Soft  sediment  deformation  is  very  common,  particularly 

convolute bedding. It is frequently associated with clustered 

Skolithos-type  trace  fossils,  probably  representing  escape 

traces that could made following soft sediment deformation.

The average full thickness of the A unit varies from 4.5 m in 

the north (e.g., Ciobalaccia, Chioselia Mare, Musaitu, Pelinei) 

to 3 m in the south (e.g., Colibași 1, Valeni 2, Vulcănești 1–3, 

Bolgrad 1). The full thickness of the A unit is considered mea-

surable only in cases where it is overlain by the B unit. Where 

anomalously  large  thicknesses  (6–10  m  or  more)  are  men-

tioned in published sections, these probably represent amal-

gamated  deposits,  which  include  one  or  two  partial  alluvial 

cycles. 

Facies association

Lithofacies

Thickness

Process interpretation

Prut–Yalpukh

B

unit

Sandy silts to clays, either structureless or with parallel lamination. 

They often show mottling and include carbonate nodules.

0–6 m

Overbank deposition alternating with 

subaerial exposure.

A

unit

Sands with gravel showing cross-bedding (trough and planar), ripple 

cross-lamination (cross-bedding sets are 0.1–0.3 m thick on average, 

reaching in places up to 1 m) and parallel lamination. They are 

dissected by numerous scour surfaces and often include soft 

sediment deformation.

3–5 m

Migration of 3–5 m deep channel with 

moderate to strong variations of discharge.

Dolynske

Sands with bottom gravel, showing cross-bedding, ripple cross-

lamination and parallel lamination.

10–20 m

Migration or incision of 10–20 m deep 

channel with persistent discharge regime.

Table 1: Characteristic of facies associations.

background image

98

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

The B unit lies above unit A with a clear, in places sharp 

contact. It varies from sandy silts (B1 lithofacies) to clays (B2 

lithofacies),  either  structureless  or  with  parallel  lamination, 

usually finning upwards and is up to 4–6 m thick (Fig. 5a). 

However, in many cases it is less thick or absent. Its lower 

contact with the A unit is either sharp, gradational or rarely 

through alternation. Muds are characteri-

zed by greenish-orange mottling and fre-

quent  occurrence  of  patchy  or  layered 

carbonate  nodules  (prevailing  in  clayey 

variety). Rarely the top of the B unit con-

sists of a paleosol up to 2 m thick (e.g., 

Huluboaia-Doina, Musaitu, Vladimirovca, 

Etulia  Noua).  Hubca  (1982)  also  sug-

gested frequent occurrence of hydromor-

phic  soils  in  sections  of  the  Bolshaia 

Salchia River, but indicated only an ele-

vated  organic  content  as  proof.  In  two 

cases  (Vulcănești  3,  Borceag)  we  obser-

ved buried soils with a full profile under-

lain and overlain by unit A (Fig. 5b). More 

often  the  B  unit  does  not  reveal  signifi-

cant  pedogenic  alteration.  In  this  unit 

there  sometimes  is  some  wood  detritus, 

but in general plant residues are very rare 

in these deposits. 

Unit A  is  usually  directly  overlain  by 

facies of unit B, or vice versa, in the Porat 

Fm. However, in some rare cases at the top 

of the outcrop, unit A facies are overlain 

by silts and muds, with thinly interbedded 

fine sands. They are clearly separated by 

gently  inclined-concave  surfaces  that 

repeat laterally (Fig. 5a, c). 

The  relatively  thick  erosionally  based 

sands  of  unit  A,  dominated  by  current 

cross-bedding, cross-lamination and often 

inclusions  of  the  freshwater  mollusc 

shells  (including  rheophilic  ones)  are 

interpreted as channel deposits. The chan-

nel deposits of the A1 variety fit classical 

descriptions (e.g., Miall 2006; Bridge & 

Demicco  2008)  best  and  imply  a  rela-

tively  even  discharge  regime  with  only 

Fig. 4. The Prut–Yalpukh facies association, 

unit A: a, b, c —  fragments of the basal hori-

zon  containing  typical  assemblages  of  mud 

clasts  (greenish),  carbonate  nodule  clasts 

(whitish)  and  rock  clasts  (brown  and  black 

cherts,  light  grey  quarts  and  sandstones):  

a — dominated by mud and carbonate nodule 

clasts (Vulcăneşti 2), b — dominated by mud  

clasts (Borceag), c — dominated by rock and 

carbonate nodule clasts (Manta); d — upward 

succession  of  different  lithofacies  of  unit A:  

1  —  sands  with  trough  cross-bedding,  

2  —  sands  with  planar  cross-bedding,  

3  —  lense  of  gravelly  sands,  4  —  sands  

with sub-parallel lamination (Chioselia Mare). 

The comb is 14 cm and shovel 1 m long.

Fig. 3. Porat Fm. Cycles of regularly stacked alluvial facies associations separated by ero-

sional surfaces and overlain by Red-Brown Fm. at the Valeni 2 site. For the lettering of units 

see the text.

background image

99

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

moderate seasonal variations. Whereas a greater abundance of 

gravel,  upper  plane  bed  sedimentary  structures,  scours  and 

soft sediment deformation in the A2 variety are suggestive of 

higher  energy,  pulsed  discharge  and  more  rapid  deposition. 

Frequent co-occurrence of the A1 and A2 varieties therefore 

indicates an alternation of discharge conditions.

The  mud-dominated  B  unit  of  the  Prut–Yalpukh  facies, 

which covers the channel facies of unit A and shows signs of 

subaerial  alteration  (mottling,  carbonate  nodules)  accumu-

lated as overbank deposits. Common finning upwards of muds 

and  the  absence  of  sand  interlayers  suggest  that  suspension 

settling prevailed during the final phases of floods. The rare 

facies with concave-inclined stratification previously encoun-

tered in the uppermost floodplain deposits of the Balta Fm. 

(Matoshko et. al. 2016) were probably formed by alternation 

of shallow traction currents of variable energy with deposition 

from suspension. However, the specific shape of these sedi-

mentary  structures  does  not  fit  any  existing  concepts  (i.e. 

Thomas et al. 1987) and requires further study.

Dolynske facies association 

Apart  from  the  widespread  alluvial  deposits  typical  of  

the Porat Fm., there is a different type of fluvial deposit found 

Fig. 5. The Prut–Yalpukh facies association, unit B. a — The inclined bedding of lithofacies B1, contrasting with the horizontal bedding of 

lithofacies A1; in the centre of the picture — syndepositional deformation referred to volcano-like dewatering structure visible from the upward 

doming of cross sets (Pelinei); b — thick automorphic buried soil (1 — horizon of intense weathering, 2 — topsoil  with  noticeably increase 

of humus upsection, 3 — subsoil) over B unit occurring between A units (Vulcăneşti 3); c —  specific concave-inclined stratification of unclear 

origin, visible in each long exposure (Valeni–Slobodzia Mare 3). For the legend to pictures see Fig. 3, for the lettering of units see the text.

background image

100

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

only in a few of the southernmost outcrops (Dolynske 1–4, 

Fig.  1).  Similar  deposits  were  also  described  before  from  

the Giurgiuleşti 2 and Lymanske 1 outcrops (Konstantinova 

1967).  These  alluvial  deposits  are  characterized  by  a  unit  

(10–20 m thick in exposures) of alternating (0.5–2 m thick) 

beds of trough cross-bedded, ripple cross-laminated and occa-

sionally parallel laminated sands showing great textural uni-

formity and containing a significant amount of mica (Fig. 6). 

The  cross-bedding  sets  are  generally  0.3–1.0  m  thick  with  

a  maximum  up  to  1.5  m.  The  cross-bedding  dip  clearly 

 indicates  a  predominantly  easterly  paleocurrent  direction. 

Rather  common  for  these  strata  are  sandstone  nodules 

 occurring  parallel to the bedding. The cementation suggests 

high  carbo nate  content. According  to  (Konstantinova  1967) 

the  basal  gravels  are  occasionally  observed  and  reach  4  m 

thickness. We distinguish these deposits as channel facies using 

the  same  principals  concerning A  unit  of  the  Prut–Yalpukh 

facies association. However, unlike the cyclically built Prut–

Yalpukh association, the deposits of the Dolyn ske Mb., dis-

tributed along the lowermost Danube, are uninter rupted.

Basin facies

In some southern outcrops along the lower Prut and along 

the lowermost Danube (Valeni–Slobodzia Mare 2, Dolynske 

1, 3) the sandy alluvial deposits are overlain by thick planar- 

bedded mudstones that are clearly different from floodplain 

deposits. At the Dolynske sites, they consist of thick and uni-

form, thinly laminated clays (Konstantinova 1967). Lamination 

is either plane parallel or wavy. The transition from the under-

lying sands of the Dolynske alluvial facies association occurs 

through micaceous silts with the same sedimentary structures 

and  nodules  that  are  characteristic  for  the  sands.  The  total 

thickness of the exposed muds reaches 19 m. At the site Valeni 

–Slobodzia Mare 2, very similar muds overlie alluvial depo-

sits  of  the  Porat  Fm.  (Fig.  7).  The  transitional  interval  is 

marked  by  micaceous  fine  sands  with  nearly  unidirectional 

ripple  cross  lamination  indicative  of  northerly  paleo-flow, 

possibly  deposited  in  an  estuarine  environment.  The  basal 

mudstones  contain  some  minor  burrows  and  some  sporadic 

freshwater  ostracods  (pers.  comm.  M.  Stoica).  We  interpret 

these muds to have been deposited in a calm lacustrine envi-

ronment below the wave base.

According to Rengarten & Konstantinova (1965), characte-

ristic drapes of coal detritus and mica particles oriented in one 

direction line the horizontal lamination of well sorted sands, 

silts and clays. They also noted that some of the bluish-grey 

uniform  structureless  clays  contain  rare  foraminifers  and 

grains of authigenic glauconite (0.05–0.1 mm). Rengarten & 

Konstantinova  (1965)  infer  from  these  observations  that  

the muds accumulated in a brackish basinal environment.

Drilling in the southern part of the research area revealed 

that  there  is  a  thick  interval  with  muds  (Gozhik  &  Chirca 

1973; Gozhik 2006), similar to those exposed at outcrop near 

Dolynske, Valeni and Slobodzia Mare. However, in line with 

our own observations and contrary to those of Rengarten and 

Konstantinova, the molluscs from these deep horizons indi-

cate that they have accumulated in a freshwater environment. 

Mineral and petrographic composition of the Porat Fm.

Sands

According to Hubca (1982) the sands of the Carbalia Beds 

(here seen as the lower and middle parts of the Porat Fm.) are 

quartz-rich (70–75 %), but with a noticeable content of feld-

spars (up to 10–11 %) and fragments of cherty rocks (10–16 %). 

The key assemblage of heavy minerals of the lower part of  

the Porat Fm. (Carbalia, Musaitu, Tătăreşti, Cahul and Etulia 

Fig. 6. The Dolynske facies association. Alluvial deposits characte-

rized by monotonous metre-scale interfingering of horizontal lami-

nated and cross-bedded mica-rich sand: a — with predominance of 

cross-bedding (Dolynske 2); b — with predominance of horizontal 

lamination with numerous sandstone nodules (Dolynske 4). The shovel 

is 1 m long.

background image

101

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

Nouă)  in  the  fraction  0.25–0.01  mm  is  very  stable:  garnet  

(30–50  %),  ilmenite  (10–26 %)  and  leucoxene  (10–25  %), 

with a total percentage more than 50 %. The heavy fraction 

(0.1–0.01 mm) of the Porat Fm. at Cîşlița–Prut also consists of 

50–60 %  of  opaque  minerals  and  garnet  (Rengarten  & 

Konstantinova 1965). In BăIăbăneşti, opaque minerals com-

prise up to 75 % of the heavy mineral fraction, while garnet 

takes the second place (Ghenea 1968). In some localities near 

the  base  of  the  Porat  Fm.  at  the  contact  with  the  Pontian,  

an increased content of hornblende, andesine, volcanic glass 

and some other minerals occurs. This has been considered to 

be due to volcanic activity (Hubca 1982). 

Apart  from  the  presence  of  a  significant  proportion  of 

opaque minerals, the here observed garnet abundance is com-

mon in the EC foreland deposits. For example, it was noted in 

the  late  Miocene  Balta  Fm.  (Matoshko  et  al.  2016)  as  well  

as  for  the  sand  of  the  present-day  Prut  and  Dniester  Rivers  

(de Leeuw et al. 2018, Supplementary material).

The proportion of heavy minerals in the fraction 0.1–0.01 mm 

of  the  sands  of  the  Dolynske  Mb.  varies  from  fractions  of  

a percent (probably lacustrine deposits) up to 16–18 % (pro-

bably channel lag deposits) (Rengarten & Konstantinova 1965). 

There is a striking predominance of hornblende and epidote 

(26–48 %  both),  alongside  opaque  minerals  (27–34 %) 

(Rengarten  &  Konstantinova  1965).  In  addition,  sand  of  

the  Dolynske  Mb.  (Giurgiuleşti  2,  Dolynske  and  Limanske 

sites, Fig. 1) is rather micaceous, including dark coloured mica 

of the biotite group and colourless mica. This has previously 

been  reported  by  Rengarten  &  Konstantinova  (1965)  and 

Hubca  (1982),  and  was  confirmed  for  the  Dolynske  and  

the lower part of the other outcrops in the course of the present 

study. The detrital fraction of the sand is polymict and includes 

quartz, feldspar, fragments of flints and schists. 

Gravels

Gravel is a permanent intrinsic component of the Porat Fm. 

sandy facies. The gravels contain local and reworked far-trans-

ported material. The first group consists of rounded clay balls, 

clayey–silty and carbonated nodules. The second group is rep-

resented  by  relatively  hard  rocks  such  as  limestones,  rare 

sandstones  and  the  so-called  “Carpathian  Pebbles”.  In  most 

cases the mud clasts prevail.  

The “Carpathian Pebbles” are a distinctive far-transported 

feature  for  the  whole  Porat  Fm.  These  “pebbles”  are  small 

slightly  rounded  fragments  and  grains  (1–2  mm  to  3–5  cm 

intercept) of brown-red, yellowish jaspers, flints and silicified 

claystones. The features of these pebbles have been elucidated 

in  detail  by  Matoshko  et  al.  (2016).  Their  primary  sources 

have not been accurately established. A secondary source for 

these pebbles in the Porat Fm. is the late Miocene Balta Fm. to 

the north, part of which was being eroded during the Pliocene 

and Pleistocene. 

Sands with a high content of gravel represented by meni-

lites, sandstones and some other fragments occur in the BăIă-

băneşti and Tuluceşti sites (Ghenea 1968). Our observations 

near  Bereşti  and  Măluşteni  have  shown  that  the  menilites 

reported  in  the  Romanian  literature  and  the  “Carpathian 

Pebbles” reported in the Ukrainian literature are the same type 

of  rock. According  to  Ghenea  (1968),  at  some  outcrops  of  

the BăIăbăneşti Fm. (which we consider part of the Porat Fm. 

here), the percentage of menilites is 35–37 %, quartz 27–30 %, 

sandstone 29–30 %, and quartzite 4 % in the fraction of gravel 

larger than 1 cm. 

Gravelly channel lags of the Dolynske Mb. were only infre-

quently  observed  during  the  course  of  this  study,  because  

the lower parts of the corresponding outcrops are at present 

poorly exposed. These lags include the “Carpathian Pebbles”. 

Rengarten & Konstantinova (1965) mention that there are in 

addition  fragments  of  granites,  metamorphic  schists,  and 

quartzites associated with the micaceous sands. These authors 

attribute  this  to  a  direct  influence  of  the  adjacent  North 

Dobrogea Orogen. Except for mud balls (Fig. 4a), most other 

clasts do not exceed 2–3 cm across and large pebbles were 

encountered in two locations.

Muds

While the muds of the Porat Fm. are often called clays in  

the literature (e.g., Rengarten & Konstantinova 1965), detailed 

descriptions as well as our own field data reveal that most of 

them are silts with variable admixtures of clay or sand. Real 

clays of the Porat Fm. consist of 91.3 % of fraction less than 

0.01 mm, 8.3 % (fraction: 0.1–0.01 mm) and 0.4 % of fraction 

more  than  0.1  mm  (Zheru  1978). The  Porat  clays  comprise  

a  hydromica–montmorillonite  assemblage  with  a  noticeable 

admixture of mixed-layer minerals (Hubca 1982; Mokriak et 

al. 2008). The authigenic components in the muds are carbo-

nates, iron and manganese. An increased content of calcite and 

dolomite  in  nodules  and  in  dispersed  form  (up  to  5 %)  is 

attributed to the lacustrine origin of the muds by Hubca (1982). 

In  some  places,  carbonates  furthermore  cement  sandy  and 

Fig. 7.  The  basin  (probably  lacustrine)  facies  of  the  Porat  Fm.,  

 horizontally  laminated  uniform  silts  with  unidirectional  ripples  at  

the base, lying with sharp contact on the A unit of the Prut–Yalpukh 

facies  association  (Valeni–Slobodzia  Mare  2).  For  the  lettering  of 

units see the text.

background image

102

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

gravelly channel deposits. A somewhat different description of 

the lacustrine deposits near Dolynske was cited by Rengarten 

&  Konstantinova  (1965)  and  briefly  in  the  section  “Basin 

Facies”. 

Sedimentary architecture of the Porat Fm.

The Porat Fm. within the SE Carpathian foreland

Abundant archive geological survey data from the Ukrainian 

and Moldavian territories, in particular geological maps and 

borehole descriptions, were used to supplement the informa-

tion obtained from outcrops. This provides a more complete 

picture  of  the  general  sedimentary  architecture  of  the  Porat 

Fm.,  which  we  synthesize  with  the  stratigraphic,  lithofacial 

and lithological data provided above, as well as some geomor-

phological observations.

According  to  geological  maps  (Ghenea  &  Ghenea  1967; 

Mokriak et al. 2008), as well as our own data, the Porat Fm. 

has a triangular shape in plan, with its top at Cociulia, a site 

located near the supposed northern boundary of the Pontian 

shallow marine deposits (Fig. 1). The thickness of the Porat Fm. 

within  the  studied  Bârlad–Prut–Yalpukh  interfluves  varies 

from 40 to 70 m (except the Reni–Izmail trough, see below); 

its  average  basal  slope  in  the  south-south-east  direction  is 

about 0.0028 (0.160). The formation wedges out to the north 

and east. 

Pontian  shallow  marine  deposits  underlie  the  Porat  Fm. 

almost throughout the area and are inclined slightly to the S 

and SSW. The Pontian–Porat contact also dips in this direction 

(Fig. 8). The contact has the character of a terrestrial break in 

deposition  as  indicated  by  a  weathering  layer  at  the  top  of  

the Pontian rocks in several outcrops (Hubca 1982; Van gen-

geim et al. 1995). In other places there is no obvious evidence 

of  protracted  exposure  before  deposition  of  the  Porat  Fm.  

In many places the Porat Fm. is covered by the Red-Brown 

and  Loess  formations.  Within  the  Prut–Yalpukh  interfluve 

these are up to 58 m thick, decreasing to the east and towards 

the  modern  valleys.  Along  its  south-western  boundary,  

the Porat Fm. disappears into the subsurface and is overlain by 

younger Pleistocene–Holocene strata. 

Along  the  triangle’s  north-west  corner,  somewhere  in  

the Siret–Bǎrlad interfluve, the Porat Fm. is supposedly late-

rally  replaced  by  Dacian  age  littoral  to  delta-front  deposits 

(Jorissen  et  al.  2018),  Romanian  age  fluvial  deposits  (van 

Baak et al. 2015) and Early Pleistocene (Calabrian) alluvial 

fan  conglomerates  of  the  Cȃndeşti  Fm.  (Andreescu  et  al. 

2013).  This  western  lateral  contact  was  not  observed  in  

the field, but should exist considering the stratigraphic posi-

tion of the Porat Fm. 

A number of small-scale rootless deformations (folds and 

faults  with  amplitude  up  to  20–30  m)  of  non-sedimentary 

nature were distinguished within the Prut–Yalpukh interfluve 

in the Pontian rocks and the Porat Fm. in the walls of gullies 

and in borehole sections by Bilinkis (1992). This observation 

was confirmed during the present study. There are also several 

examples  of  disjunctive  deformations  in  the  Pliocene– 

Quaternary strata of the Bârlad–Prut interfluve (Matenco et al. 

2007).

The Porat Fm. in the Reni–Izmail Trough 

For  the  current  study,  the  most  interesting  boundary  of  

the Porat Fm. is situated in the southeast, where the formation 

enters the late Miocene–Pliocene Reni–Izmail Trough (intro-

duced by present authors). This trough is located between two 

main faults: the New Trotus and St. George faults (Fig. 1). It is 

formed by a set of successive normal faults, which were active 

during  and  after  the  deposition  of  the  Porat  Fm.  (Fig.  8).  

The trough evidently tapers downwards on the Dobrogea side. 

Its  southern  flank  is  represented  by  epimetamorphosed 

Precambrian strata and sedimentary formations of Paleozoic 

and Mesozoic age, while the northern flank is formed by late 

Miocene (Sarmatian, Meotian and Pontian) deposits. The base 

of the formation, as well as the underlying brackish-marine 

formations clearly step down across these faults. 

To the north of the New Trotus Fault, the Porat Fm. overlies 

Pontian shallow-marine deposits (Fig. 8). South of the New 

Trotus Fault, and so inside the trough, the Porat Fm. overlies 

Cimmerian  (Early  Pliocene)  shallow  marine  sediments 

(Mokriak  et  al.  2008).  The  Porat  Fm.  here  includes  thicker 

mud intervals. In the deepest part of the trough the Porat Fm. 

(80 m thick) lies on the Cimmerian age fluvial Near Danube 

Fm. (Matoshko et al. 2009). The base of the Porat Fm. is there 

located lower than observed further north, outside of the trough, 

but  its  position  is  shown  at  different  altitudes  in  borehole 

descriptions  and  cross-sections  (Gozhik  &  Chirca  1973; 

Gozhik 2006; Matoshko et al. 2009). 

The Near Danube and Porat formations both consist of sands 

and gravels and interfinger with muds containing brackish and 

freshwater mollusc fauna (Gozhik & Chirca 1973; Mokriak et 

al. 2008). Towards the Black Sea, within the Danube Delta, 

some boreholes found Levantine fauna at a depth of 68–100 m 

(Chirca 1969, with reference to Litianu et al. 1963). This could 

indicate that the observed trough and Porat Fm. continue into 

that area.

The Dolynske Mb. in the Reni–Izmail Trough

The Reni–Izmail Trough is also noteworthy for the appea-

rance of the Dolynske Mb. The Dolynske Mb. is up to 40 m 

thick,  occurring  alongside  the  adjacent  Prut–Yalpukh  type 

deposits of the Porat Fm. and overlying Cimmerian age clays 

(Figs. 8, 9). Archive data as well as literature (Gozhik 2006; 

Matoshko et al. 2009) show that its base lies from 5 m above 

sea level to 40 m below sea level on the differently lowered 

blocks of the Reni–Izmail Trough. At its northern margin it is 

located somewhat lower than the base of the directly adjacent 

Porat deposits (Fig. 9). In the axial part of the Reni–Izmail 

Trough  at  the  south-western  tip  of  the  Yalpukh  Lake,  

the Dolynske Mb. directly overlies older deposits of the Porat 

Fm. The contact is located at 40 m below sea level and lined 

background image

103

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

Fig. 8.

 Geological 

cross-section 

Cociullia–Isaccea 

based 

on 

materials 

of 

DNVP

 “Geoinform 

of 

Ukraine” 

and 

State 

Agency 

for 

Geology 

of 

the 

Republic 

of 

Moldova 

(with 

small 

reinterpretation), 

Sinegub 

(1969), 

Bilinkis 

et 

al. 

(1976), 

and 

data 

of 

present 

study

. Global 

units: 

— 

Holocene; 

— 

Pleistocene, 

P2–3 

— 

Middle–Upper 

Pleistoce

ne; 

P2 

— 

Middle 

Pleistocene, 

P1 

— 

Lower 

Pleistocene, 

N2 

— 

Pliocene, 

N1 

— 

Miocene, 

Pz–Kz 

— 

Paleozoic–Cenozoic, 

Pz 

— 

Paleozoic. 

Local 

units:; 

eu 

— 

Paleo-Euxinian 

Fm., 

rb 

— 

Red-Brown 

Fm., 

 pr 

— 

Porat 

Fm., 

— 

Dolynske 

M

b.

nd 

— 

Near

-Danube 

Fm., 

cm 

— 

Cimm

erian, 

— 

Balta 

Fm., 

ch 

— 

Cahul 

Fm., 

p1 

— 

lower 

Pontian, 

p1-km 

— 

lower 

Pontian–Cimmerian 

undif

ferentiated, 

— 

alluvial, 

l-a 

— 

lacustrine-alluvial, 

 

est — estuarine, e-sw — eolian-slopewash. Location of the cross-section see in Fig. 1.

background image

104

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

by a 2–4 m thick layer of gravel. The deposits of the Dolynske 

Mb. are traced by single borehole sections to Izmail and from 

Izmail 70 km further eastwards (mapped by Cherednichenko 

et al. 1985) up to the spit of the Sasyk Liman (Palatnaia 1991; 

Gozhik 2006) and very probably grade laterally into similarly 

aged deposits of the Dniester valley. 

The  deposits  of  the  Dolynske  Mb.  are  overlain  by  basin 

muds (Fig. 9). These basinal deposits are 8–10 m thick and 

have their base at roughly 30 m above sea level. The basinal 

deposits on top of the Porat Fm. are in turn overlain by clays 

and silts of the Red-Brown and Loess formations while the basi-

nal deposits above the Dolynske Mb. are almost only covered 

by a loess blanket.  

The geological survey maps (archive data) demonstrate that 

the youngest Pliocene (late Gelasian–Calabrian in our inter-

pretation)  alluvial  deposits  (probably  an  age  equivalent  to  

the Dolynske Mb.), occur on both banks of the modern Cahul 

and  Yalpukh  estuaries,  with  a  marked  exposure  near  Vino-

gradivka. In this connection it is very likely that Porat deposits 

with  Prut–Yalpukh  facies  association  of  a  similar  age  to  

the  Dolynske  Mb.  stretch  along  the  banks  of  

the  Lower  Prut  along  a  narrow  strip  (Fig.  1).  

The  alluvial  deposits  in  outcrops  Colibași–

Brînza, Valeni and further south to Giurgiuleşti 

are not only associated with younger fauna and 

the  presence  of  coarser  material  (see  above),  

but it also occurs in the same visual narrow alti-

tude interval as exposures near Dolynske (up to 

25–30 m), being overlain only by loesses or by 

thin clays of the Red-Brown Fm. (Valeni 2). 

Pliocene–Pleistocene river terraces  

Konstantinova  (1967)  suggested  a  staircase- 

type stratigraphy in the valley of the Prut River, 

with  ten  terraces  deposited  by  the  ancient  Prut 

River. The Upper Porat Unit, bearing the youn-

gest mammal fossils, was interpreted as the upper-

most river terrace, inset into the Lower Porat unit 

represented by a thick package of aggradational 

alluvial deposits. The distinction of the terraces 

was based on fauna (see above), but not on any 

analysis  of  the  geomorphology.  Nevertheless, 

this  concept  was  apprehended  by  some  resear-

chers  (Sinegub  1969;  Bukatchuk  et  al.  1983), 

whereas Chirca (1969) concluded that there were 

no  reliable  reasons  for  the  identification  of  at 

least the 8

th

, 7

th

 and 6

th

 terraces.

According  to  our  own  paleo-geomorphologi-

cal interpretation, the top of the Porat Fm. formed 

a  vast  alluvial  plain  into  which  the  Dolynske 

Valley  was  incised.  The  Porat  Fm.  and  its 

Dolynske Mb. were then buried under the Red-

Brown  and  Loess  formations. At  present  all  of 

them form a common lowland surface that gra-

dually descends in a southward direction. Along 

the lowest reaches of the valleys of the Danube, 

Siret and Prut, there are one or two Middle–Late 

Pleistocene  and  Holocene  well-expressed  river 

and  estuarine  terraces  above  the  floodplain  at 

6–15 m above sea level as well as a marine ter-

race with a rich Old Euxinian, Middle Pleistocene 

mollusc fauna at 25–35 m above sea level (Saulea 

et  al.  1967;  Negadaev-Nikonov  et  al.  1980; 

Bukatchuk et al. 1983). Above the Old Euxinian 

terrace, there are no levels resembling terraces in 

Fig. 9. Geological cross-sections through the alluvial Dolynske Mb. and its correla-

tion  with  the  rest  of  the  Porat  Fm.  near  Reni,  based  on  materials  of  the  DNVP 

“Geoinform  of  Ukraine”  and  observed  exposures.  Sedimentary  environments  are 

according to our interpretation. DA — Dolynske alluvial facies association, charac-

terized at exposures. See position of the inset map in Fig. 1.

background image

105

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

the modern surface near the main rivers. This can be explained 

particularly by intensive post-Porat erosion and plunging of 

the Pleistocene alluvial deposits below sea level, which was 

revealed in other valleys of the Black Sea north-western coast 

(Matoshko et al. 2009).  

Discussion

Sedimentary environment

The rivers of the Porat Fm.

There are several features of the Prut–Yalpukh alluvial facies 

association (see above) which we consider key for our recon-

struction of the rivers that deposited the Porat Fm. These are:

•  the sand with gravel composition of the channel facies;

•  the  fractional  lenticular-layered  irregular  structure  of  the 

channel units;

•  the abundance of intra-unit incisions in channel deposits;

•  the absence of vertical trends in granulometry of the channel 

deposits;

•  the relatively small thickness of the cross-bedding series;

•  the sharp contact between channel and floodplain facies;

•  the simple vertical structure of the floodplain unit, including 

one-two varieties;

•  the almost complete lack of abandoned channel facies. 

In  combination,  these  features  indicate  a  characteristic 

sandy high-energy braided river (type “D” in the classification 

of  Rosgen  1994).  It  is  supposed  that  the  braided  system  of 

channels (braided belt) was active during fluvial seasons or 

flood  episodes  accompanied  by  frequent  shifts  of  the  river 

branches. The maximum bankfull channel depth could be esti-

mated based on the thickness of the channel deposits (Bridge 

2003). This suggests on average 3–5 m deep channels. Their 

width was, according to width/depth ratio > 40 for channels of 

type “D” (Rosgen 1994), about one to two hundred metres and 

they had a medium slope. The shape of the channels resembled 

a shallow trough with gentle flanks. The abundance of dewa-

tering structures suggests high rates of deposition.

The alluvial cycle consisted of channel erosion, fast channel 

infill  followed  by  rapid  covering  by  floodplain  deposits. 

Flooding of the river plain alternated with subaerial exposure 

as indicated by soils, reddish muds, carbonate nodules, etc. 

General features of the Porat Fm. sedimentation 

We  interpret  the  deposits  of  the  Porat  Fm.  to  have  been 

deposited by a wide braided belt with numerous intertwined 

equal branches. This is confirmed by the observed facies asso-

ciations,  which  are  indicative  of  very  stable  channel  condi-

tions  throughout  the  area  and  through  time,  as  well  as  

the pre servation of downstream discharge. With the lapse of 

time, the braided belt wandered radially over the coastal plain, 

around  the  main  south-south-west  axial  direction.  Within  

the  study  area,  we  did  not  see  any  replacement  of  alluvial 

deposits  by  deltaic  facies,  which  means  that  sea-ward  pro-

gradation  of  the  fluvial  system  was  strongly  sediment 

supply-driven. 

The vertically stacked alluvial cycles, which repeat through-

out the whole Porat Fm., provide evidence of continuous (up 

to 2 Ma) repetition of the environment of the elementary cycle 

described above. The steady aggradational trend caused reduc-

tion  or  full  scour  of  the  floodplain  units  as  well  as  part  of  

the  channel  units,  which  is  common  for  the  aggradational 

 fluvial systems of the East European Plain (Matoshko et al. 

2004). This also indicates that sediment supply was equal to, 

or  larger  than  the  local  rate  of  creation  of  accommodation 

space.  Sand  and  gravel  compositions  indicate  that  the  Car-

pathians and the Balta Fm. provided much of the sediment that 

accumulated  in  the  Porat  river  basin.  There  was  also  some 

influence  from  local  sources:  the  Pontian–Cimmerian  strata 

underneath  the  Porat  Fm.  The  role  of  this  source  reduced 

through time due to aggradation of the alluvial deposits.

The wandering and seaward progradation of the Porat flu-

vial system as well as aggradation of the alluvial strata resulted 

in the particular geometry of the sedimentary body of the Porat 

Fm., which resembles a flattened cone with the top at the mar-

gin of the sedimentary Dacian Basin. This shape satisfies one 

of  the  main  features  of  “alluvial  fan”  in  definition  of  Miall 

(2000).  However,  according  to  our  facies  interpretation,  

the  Porat  River  did  not  diverge  into  radiating  distributaries 

along its course (second feature in this definition). It therefore 

cannot be strictly referred to the so-called “fluvial distributary 

system”. Without delving into the unsettled issue of termino-

logy  associated  with  fan-shaped  alluvial  bodies  (e.g.,  Miall 

2000;  Nichols  &  Fisher  2007),  we  decided  to  use  a  neutral 

term and designate the Porat Fm. as an alluvial basin infill.

The river of the Dolynske Mb.

A rather different sedimentary environment was responsible 

for the deposition of the Dolynske Mb. The large thickness of 

its single river channel  deposit (10–20 m), with cross-bedding 

sets of up to 1.5 m, is indicative of a really large and powerful 

river  (much  more  powerful  than  the  distributary  streams  of  

the Prut–Yalpukh type) with a persistent character of high dis-

charge and a very high input of bedload. This river could be 

referred to “entrenched (gully), step/pool and low width/depth 

ratio on moderate gradient rivers of the type G” ( Rosgen 1994). 

Near Dolynske it cut a valley about 20 km wide and filled it 

with  a  thick  channel  deposit,  which  we  call  the  “Dolynske 

 valley infill”. In contrast with the rest of the Porat Fm. it was  

a one-time, rather than cyclical process. 

The  Dolynske  Mb.,  moreover,  has  a  very  different  sand 

composition from the rest of the Porat Fm. and we accordingly 

infer a different provenance. The heavy mineral assemblage of 

the Dolynske Mb. (hornblende–epidote, opaque minerals) is 

similar to that of the present-day Danube and to those of rivers 

in the western Dacian Basin, which are also rich in epidote and 

have a comparatively small garnet component (de Leeuw et al. 

2018). Epidote is, on the contrary, very scarce in the sediments 

background image

106

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

of  the  Balta  and  Porat  formations  that  were  sourced  from  

the Outer Carpathians, while these sediments contain a very 

predominant  garnet  component.  We  interpret  the  Dolynske 

Mb.  as  a  reflection  of  the  appearance  of  the  Danube  along  

the  southern  margin  of  our  study  area  at  the  beginning  of  

the Late Porat stage. 

Probable basin environment

The scant information provided here about the basin facies 

still suggests the periodic appearance of a lacustrine environ-

ment in the near-Danube area and especially in the Reni–Izmail 

Trough prior, during and after accumulation of the Porat Fm. 

(Fig. 2). The muds overlying the alluvial deposits of the Porat 

Fm.  and  Dolynske  Mb.  indicate  the  final  episodes  of  basin 

deposition in that area, in combination with a steady input of 

suspended  load.  The  basin  was  a  predominantly  freshwater 

environment with possible phases of salinization. This is not 

surprising considering that the Black Sea was a lake during 

most of the Pleistocene (Ross 1978; Krijgsman et al. 2019).  

It is important to underline that the fluvial facies of the Porat 

Fm.  are  abruptly  replaced  by  basinal  mudstones,  without 

deposition of intervening deltaic facies. 

Comparison with other fluvial series along the northern 

Black Sea coast

The Porat Fm., including its Dolynske Mb., is not an excep-

tional  phenomenon  along  the  northern  coastal  plains  of  

the Black Sea and Sea of Azov. Earlier Konstantinova (1967), 

Tchepalyga (1967), Bukatchuk et al. (1983), and Matoshko et 

al.  (2009)  correlated  it  with  other  fluvial  formations. These 

include the Lower Dniester terraces (Fîrlădeni, Hagimus and 

Kitskany, or some of them) and the ancient alluvial deposits 

near the Dniester Liman, as well as the Kuchurgan Beds and 

Kuialnykian Series. All of these were deposited in the same 

chronological  interval.  Most  of  them  are  associated  with 

 powerful rivers, the precursors of the Dniester, Southern Buh 

and  Dnieper.  These  fluvial  formations  embrace  vast  areas, 

have  a  comparable  thickness  and  aggradational  structure  in 

their distal seaside part, as well as some of them also having  

a fan shape. Thus, their origin is due to a common regional 

cause or causes such as tectonics, evolution of the associated 

basins, landscape and climate. 

Tectonics as an important factor in fluvial development 

From a tectonic point of view, the subsidence in the Dacian 

Basin,  with  its  main  depocenter  in  the  Focsani  Depression 

(Necea et al. 2005; Leever et al. 2006; Matenco et al. 2007; 

Jipa & Olariu 2009), generated the accommodation space for 

the Porat Fm. During the late Zanclean, Piacensian and early 

Gelasian, the subsidence rate of the basin was in close balance 

with a weak uplift of the river drainage area to the north of  

the basin (i.e. in the ECF). The fringe zone between the basin 

and  the  uplifting  area  gradually  shifted  to  the  S  and  SSW.  

The local rate of subsidence was in balance with or smaller 

than sediment supply from the Outer Carpathians and the ter-

restrial  plains  upstream  of  the  Porat  area,  leading  to  aggra-

dation  of  the  alluvial  cycles.  The  lack  of  deltaic  facies 

fun da mentally  distinguishes  the  Porat  Fm.  from  the  progra-

ding system of the Balta Fm., which is characterized by a full 

set of facies — from typically alluvial through deltaic to basin 

ones (Matoshko et al. 2016). During the Porat Stage of depo-

sition,  deltas  were  likely  located  just  beyond  the  southern 

 margin  of  our  study  area,  namely  in  the  subsurface  along  

the retreated northern margin of the Dacian Basin.  

The incision that cut the valley in which the Dolynske Mb. 

was deposited could have been stimulated by a slowdown of 

the subsidence, but also by changes in water level in the basin 

(see below). Subsidence resumed at its previous rate during 

the  Calabrian  which  coincided  with  the  deposition  of  

the Dolynske Mb. Finally, the post-Dolynske incision (second 

half of the Calabrian) may have been aided by cessation of 

subsidence in our study area, and the onset of the general uplift 

and tilting of the former basin area in the ECF with appearance 

of highlands and deep incised valleys instead of former flat 

lowland.  This  tectonic  evolution  resembles  that  of  the  NW 

margin of the Focşani Basin, which subsided during the Plio-

cene, was uplifted during the late Pliocene, resumed its sub-

sidence during the earliest Pleistocene, and experienced a final 

period  of  uplift  in  the  late  Early  Pleistocene  (Necea  et  al. 

2005).

The local tectonic influence for the Porat Fm. is related to 

the Reni–Izmail Trough; an active structure with block-type 

subsidence. An increase in thickness of the late Miocene and 

Pliocene units in the Reni–Izmail Trough across subsequent 

faults  reveals  the  syndepositional  character  of  the  normal 

faulting (Fig. 8). Despite the additional accommodation space 

in  comparison  with  northern  regions,  fluvial  incisions  did 

occur, as manifested by scoured contacts and the presence of 

gravelly basal horizons. 

The features of the Reni–Izmail Trough and the presence of 

local rootless displacements in the Porat Fm. provide evidence 

for tectonic activity of the eastern part of the SE Carpathian 

foreland,  which  penetrated  deeply  into  the  platform  region 

during the Pliocene and probably the Calabrian. This means 

that the SE Carpathian foreland basin was still in its construc-

tive phase at this time, in line with fission track evidence from 

the adjacent part of the orogen (Sanders et al. 1999). 

Porat Stage: fluvial system evolution in connection with 

 basin  history

During the late Miocene, the general trend of development 

of the ECF was characterized by replacement of the offshore 

environment  by  a  terrestrial  one.  The  latter  was  intimately 

associated with the evolution of fluvial systems, which came 

into  being  in  basin-margin  settings  along  the  periphery  of  

the  Eastern  Paratethys.  The  latter  part  of  the  evolution  of  

the  ECF  is  known  as  the  Balta  Fluvial  Stage  (Matoshko  et  

al.  2016).  The  Balta  Stage  was  followed  by  a  marked 

background image

107

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

transgression in the Early Pontian and subsequent retreat of 

the Paratethys from the East Carpathian foreland.  

The next Porat Fluvial Stage began in the early Cimmerian. 

We distinguish the Near-Danube, Early Porat and Late Porat 

substages; they correspond to the Near-Danube and Porat for-

mations as well as Dolynske Mb. (Fig. 2). 

Near-Danube Substage: incision and its subsequent filling

On an early map by Muratov (1964), the Dacian and Black 

Sea  basins  were  connected  by  a  hypothetical  river  through 

which freshwater of the Dacian Basin flowed into the brackish 

Black Sea during the Cimmerian. This river has subsequently 

been called the “Galaţi Passage” (Saulea et al. 1967), simply 

the  “strait”  (Mokriak  et  al.  2008),  the  “Reni  Strait”  and  

the “Reni Sill” (Popescu et al. 2009), the “Scythian Gateway” 

(Munteanu et al. 2012) or the Barlad Strait (Palcu et al. 2017). 

While  considering  this  area  very  important  for  the  connec-

tion–disconnection history of the Dacian and Black Sea basins, 

none  of  these  authors  actually  cited  data  on  its  Pliocene–

Quaternary geology. As we shall show below, offshore, terres-

trial and river conditions succeeded each other in the passage 

area more than once during the Cimmerian and Kuialnykian 

times. 

The  strip  of  Cimmerian  marine  muds  along  the  Galaţi 

Passage  (Mokriak  et  al.  2008)  indicates  a  relatively  high 

 sea-level  stand  and  establishment  of  a  connection  between  

the  Dacian  and  Black  Sea  basins  at  the  beginning  of  

the  Cimmerian.  Subsequently,  a  marked  regional  base-level 

fall  (Matoshko  et  al.  2009)  very  likely  led  to  overflow  of  

the Dacian Basin into the Black Sea during the first half of  

the Cimmerian (Fig. 10a). This generated the observed inci-

sion  in  the  area of  the  Reni–Izmail Trough,  which  was  fol-

lowed by deposition of the Near-Danube Suite in the incised 

canyon. The presence of the brackish molluscs in the lowest 

muds of this suite (Gozhik & Chirca 1973) may indicate re- 

establishment of a narrow, 10–20 km wide strait. The early 

Cimmerian corresponds to the Bosphorian (Late Pontian) of 

the Dacian Basin in the latest timescales (Krijgsman et al. 2010; 

Krijgsman  &  Piller  2012;  Jorissen  et  al.  2018).  Base-level 

variations  within  the  Bosphorian  of  the  Dacian  Basin  are 

poorly documented and it is not clear if the events we observe 

in the Porat area are clearly expressed there. 

Early Porat Substage: genesis of a large alluvial basin infill

The onset of deposition of the Porat Fm. probably came in 

the Late Cimmerian (Dacian) (Fig. 2), when the sea level had 

relatively stabilized (Fig. 10b). The major Early Porat Substage 

of deposition lasted from the middle Zanclean (about 4.7 Ma) 

to the late Gelasian (about 1.8–1.9  Ma).  During  the Dacian 

Stage,  the  Dacian  Basin  was  progressively  infilled  from  

the west to the east, as indicated by the gradual replacement of 

marine  sedimentation  by  a  fluvio–lacustrine  environment 

(Jipa & Olariu 2009; Olariu et al. 2018). The Dacian Basin 

sub sequently became a fresh-water and predominantly fluvial 

environment  by  the  beginning  of  the  Romanian  (4.2  Ma;  

Jipa & Olariu 2009; van Baak et al. 2015). Interfingering of  

the Porat Fm. sands with frequent muds with fresh- and possi-

bly brackish water fauna (Gozhik & Chirca 1973) shows that 

brackish-lacustrine conditions alternated with fluvial ones in 

the Galati Passage. Van Baak et al. (2015), found that typical 

lymnocardiide  bivalve  genera  occur  in  a  thin  interval  of  

the  Slanicul  de  Buzau  section  on  the  western  margin  of  

the  Focsani  Depression,  dated  magnetostratigraphically  at 

2.95–3.20  Ma.  This  was  interpreted  to  reflect  a  short-lived 

incursion  of  the  Black  Sea  during  a  base-level  high  stand 

(Plescoi flooding event). This might possibly have a relation 

with the time the Galati Passage developed as a lake. 

While synsedimentary normal faulting would have helped 

to keep the Galati Passage open, at some point the Porat infill 

may have restricted it (Fig. 10c). This can have contributed to 

the freshening of the Dacian Basin during the Romanian. It is 

likely that part of the Porat infill was also directed towards  

the Kuialnykian Black Sea Basin.

Late Porat Substage: appearance of Dolynske Valley and 

arrival of the paleo-Danube to the Black Sea

The cutting of the Dolynske Valley and its subsequent infill 

was a sharp event signifying the complete infilling of the Dacian 

Lake and spillage of the Danube and its tributaries into the Black 

Sea Basin. The specific mineral composition of the Dolynske 

Mb. sand is very similar to that of sand from the present-day 

Danube  and  its  tributaries  in  the  Western  Dacian  Basin  

(de Leeuw et al. 2018). This means that the Dolynske Mb. pro-

vides the first tangible evidence for the presence of the Danube 

in the Galati Passage, as earlier supposed by Konstantinova 

(1967).  We  infer  that  the  Danube  and  its  main  tributaries  

the Siret and the Prut paved their final way through the area of 

the  former  Dacian  Lake  and  through  the  Galaţi  Passage  at 

approximately 1.9–1.8 Ma BP (Fig. 10d), based on the age of 

the youngest mammal fossils found in the Dolynske Mb. This 

age is much younger than the 4 Ma age inferred by Olariu et 

al. (2018), but in agreement with reconstructions by Andreescu 

(2009) and Black Sea sediment provenance data (de Leeuw et 

al. 2018). As was stated above, subsequent river entrenchment 

during the Calabrian into deposits of the Dolynske Mb. meant 

the end of the Porat Stage. It led to transformation of the pre-

vious  coastal  lowland  into  the  elevated  and  erosionally  dis-

sected plain with incised river valleys that it is today. 

View on landscape–climatic features from sedimentary data

As  indicated,  there  is  a  rich  record  with  information  on  

the  regional  climate  during  deposition  of  the  Porat  Fm. 

However, this record is very contradictory, which, as we will 

show, is related to the nature of the sedimentary environment. 

It is noteworthy that the lower part of the Porat Fm. includes 

remains of large mammals belonging to many different bio-

topes (Ali-Zade et al. 1972): the riverside (beavers, water pigs, 

elephants Deinotherium, large cats, hippopotamus); the forest 

background image

108

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

(bears,  tapirs,  macaques,  monkeys  Dolichopithecus,  masto-

dons  Borsoni,  squirrels,  deer  Cervus unicolor,  roe,  lynxes); 

the forest-steppe (mastodons of Anancus family, rhinoceros, 

hipparions,  bush-antlered  deer,  hares)  and  the  arid  steppe 

(camels, antelopes, hyenas, corsac foxes, pikas).

The  early  diagenetic  features  of  the  Porat  Fm.  (reddish 

weathering crust and soils with carbonate nodules) that were 

noted before (e.g., Rengarten & Konstantinova 1965; Sinegub 

1969;  Hubca  1982)  and  observed  during  the  course  of  this 

study  confirm  that  the  region  had  a  semi-arid  climate  (e.g., 

Alonso-Zarza 2003). 

Today, the Porat domain is a dry steppe dis-

sected by narrow strips with river floodplains. 

Therefore, the stable combination of forests 

and  steppes  in  the  Plio cene–Lower  Pleis-

tocene  requires  an  expla nation,  which  we 

think  is  evident  in  the  sedimentary  data.  

The  dynamic  Porat  infill  provided  surface 

water  and  maintained  a  relatively  high 

groundwater  level  for  the  growth  of  woody 

vegetation and other riverside- and forest spe-

cies  in  and  close  to  the  braided  river  belt. 

Ample precipitation of moisture in the Car-

pathian Mountains provided much runoff for 

the Porat and Siret rivers, which probably had 

a very regular and distinct high-mean water 

regime.

The  Porat  domain  was  thus  a  vast  azonal 

landscape on a river plain surrounded by a dry 

steppe  zone  with  a  generally  semi-arid  cli-

mate.  The  warm  and  humid  conditions  of  

the  Cimmerian  may  have  shifted  the  land-

scape  zones  southwards.  Faunal  elements 

characteristic of different zones nevertheless 

continued  to  coexist  in  Gelasian–Calabrian 

times,  which  are  frequently  considered  by 

most  researchers  to  have  been  a  colder  and 

drier period in this area. The above interpreta-

tion  from  the  point  of  view  of  the  fluvial 

 process does not pretend to explain all the con-

tradictory  questions  in  the  evolution  of  

the biota, but speaks of the need for its inclu-

sion in further paleogeographic studies.

Conclusion

The focus of our attention was the Pliocene 

to  Calabrian  Porat  Fm.,  which  occurs  on  

the borders of Romania, Moldova and Ukraine, 

along  the  NE  margin  of  the  Dacian  Basin. 

The Porat Fm. is interpreted as a large, north–

south  directed,  wandering  sandy  alluvial 

basin  infill  with  a  generally  very  uniform 

aggradational  structure,  consisting  of  cyclic 

channel–floodplain  units  deposited  by  rela-

tively powerful braided rivers. The sediment 

supply for the Porat infill came from rewor-

king  of  the  late  Miocene  Balta  Fm.  and  

the  overlying  Pontian  shallow  marine  strata 

in  addition  to  the  significant  contribution 

Fig. 10. Fluvial sedimentary system evolution during the Porat Stage in comparison with  

the Late Stage. Some maps of the Porat Stage are accompanied by rose diagrams of  

the paleo current direction based on cross-bedding dip determinations. DB — Dacian 

Basin,  PF  —  Porat  Fan, V  —  Porat–Prut,  Siret  and  Danube  valleys,  FD  —  Focşani 

Depression (basin depocenter); rivers: S. — Siret, B. — Bârlad, P. — Prut, Ya. — Yalpukh, 

D. — Danube. Details see in the text.

background image

109

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

from the Carpathians. The Porat basin infill generally overlies 

shallow  marine  strata  deposited  during  the  Early  Pontian 

transgression  with  a  disconformity,  while  it  rests  on  early 

Cimmerian strata along its southern margin. In this southern 

strip, a Dolynske Mb. is distinguished, with a different alluvial 

facies  and  sediment  composition  from  the  rest  of  the  Porat 

Fm., and representing the infill of a large west-east running 

paleo-valley. We infer the Dolynske Mb. to have been depo-

sited by the Danube based on a similarity in heavy mineral 

assemblages. The Danube, with its continental-scale drainage 

basin stretching across the Alps, Dinarides and Carpathians, 

has thus been supplying sediment to the Black Sea since at 

least 1.9–1.8 Ma BP.  

Aggradation of the Porat basin infill was in the first place 

governed by down-warping of the Dacian Basin as the main 

and  stable  tectonic  background. The  end  of  the  Porat  Stage 

(the end of the Calabrian) is associated with final inversion of 

crustal movements, leading to uplift and tilting of the whole 

Porat area and whole basin of the Porat River. This inversion 

corresponded  to  completion  of  the  construction  orogenic 

phase in Easternmost Carpathians and the final establishment 

of terrestrial conditions in the Dacian Basin, what resulted in 

the onset of the last phase of the fluvial development conti-

nuing from the end of the Calabrian till today. The south-eastern 

part of the Porat area was especially dynamic in the tectonic 

respect. It was manifested in pronounced local block subsi-

dence along the New Trotus and St. George faults. This led to 

formation  of  the  Reni–Izmail  Trough,  which  is  paleogeo-

graphically known as the Galaţi Passage. This trough formed 

the  connecting  gateway  between  the  Black  Sea  and  Dacian 

Basin during the Pliocene–Gelasian–Calabrian. It allowed for 

overflow of the Dacian Basin into the Black Sea during Black 

Sea base-level lowstands and for brackish-marine ingressions 

into the Dacian Basin during Black Sea base-level highstands. 

The trough also manifests some of the most impressive river 

entrenchments and the arrival of the Danube to the Porat area 

around 1.9–1.8 Ma BP. 

A stable delivery of water from the Carpathians allowed for 

the existence of the Porat infill in a semi-arid climatic zone.  

As a result the Porat area displayed an azonal forest–steppe 

landscape with various faunal biotopes within coastal alluvial 

lowland. 

The relatively thin Porat Fm. is key for understanding not 

only the development of its analogues within the north- western 

coastal regions of Black Sea (such as Kuialnykian, Dniester 

Liman and Roksolany formations), but also for correlation of 

various events and phenomena in the Pliocene–Quaternary of 

the residual Eastern Paratethys basins. Together with the Balta 

Fm. it contains valuable information for further in-depth study 

of the Carpathian foreland and its tectonic–sedimentary–relief 

evolution. 

Acknowledgements:  We  thank  our  colleagues  and  friends 

from Ukraine, the UK and Moldova: I. Nicoara, S. Vincent,  

V.  Monastyretskii,  and  R.  Spitsa,  for  friendly  company  in  

the field and for retrieving some vital information; M. Stoica  

for determinations of microfauna.  We would like to sincerely 

thank  handling  editor  Michal  Šujan,  reviewer  Dan  Valentin 

Palcu and an anonymous reviewer for their valuable comments 

and suggestions that have significantly improved the quality 

of  the  manuscript.    The  “GEOEXPERT”  LLc  (Ukraine)  is 

 acknowledged for financial support. This work is the result of 

our  project  entitled:  “Sedimentary  and  surface  evolution  of  

the  marginal  parts  of  platforms  at  the  contact  with  active 

 tectonic belts”.

References

Ali-Zade  A.A.,  Alizade  K.A.,  Aleskarov  D.A.,  Asadulaev  E.A., 

Buleishvili D.A., Vekua A.K., Konstantinova N.A., Lebedeva N.A., 

Negadaev-Nikonov  K.N.,  Nikiforova  K.V.,  Pevzner  M.A., 

 Hubca A.N.,  Tchepalyga A.L.  &  Cherniakhovskii A.G.  1972: 

Excursion Guidbook (Moldavia, Georgia, Azerbaijan). Moscow, 

1–120 (in Russian).

Agustí J., Cabrera L., Garcés M., Krijgsman W., Oms O. & Parés J.M. 

2001: A calibrated mammal scale for the Neogene of Western 

Europe. State of the art. Earth-Sci. Rev. 52 , 247–260.

Alexandrova  L.P.  1989:  About  detailed  stratigraphic  division  of 

 Middle  Pliocene  alluvial  deposits  of  Southern  Moldavia  (by 

means of small mammals). Bulletin of Commission on Quater-

nary Period research 58, 97–104 (in Russian).

Alonso-Zarza A.M. 2003: Palaeoenvironmental significance of palus-

trine carbonates and calcretes in the geological record. Earth-

Sci. Rev. 60, 261–298.

Andreescu I. 2009: Magnetostratigraphy of the Upper Neogene depo-

sits in the eastern Dacian Basin: an overview. Muzeul Olteniei 

Craiova.  Oltenia.  Studii  și  comunicări.  Științele  Naturii  XXV, 

329–336.

Andreescu I., Codrea V., Lubenescu V., Munteanu T., Petculescu A., 

Ştiucǎ E. & Terzea E. 2013: New developments in the Upper 

Pliocene–Pleistocene  stratigraphic  units  of  the  Dacian  Basin 

(Eastern  Paratethys),  Romania.  Quaternary International 284, 

15–29.

Bala A., Radulian N. & Popescu E. 2003: Earthquakes distribution 

and their focal mechanism in correlation with the active tectonic 

zones of Romania. J. Geodyn. 36, 129–145.

Bell  C.J.  &  Bever  G.S.  2006:  Description  and  significance  of  the 

 Microtus (Rodentia: Arvicolinae) from the type Irvington fauna, 

Alameda  County,  California. J. Vertebr. Palaeontol. 26, 2,  

371–380.

Bilinkis G.M. 1992: Geodynamics of the south-western part of the 

East European platform during the epoch of its morphogenesis. 

Shtiintsa, Kishinev, 1–182 (in Russian).

Bilinkis,  G.M.,  Bobrinskii  V.M.,  Burgelia  N.K.,  Dubinovskii  V.L., 

Zheru M.I., Peres F.S., Ropot V.M., Smirnova V.A., Stratulat G.V. 

& Shafranskii V.N. 1976: Pliocene bentonites of Moldaviia and 

their practical importance. Shtiintsa, Kishinev, 1–211 (in Rus-

sian).

Bridge J.S. 2003: Rivers and Floodplains. Blackwell, London, 1–504.

Bridge J. & Demicco R. 2008: Earth Surface Processes, Landforms 

and Sediment Deposits. Cambridge University Press, New York, 

1–832.

Bukatchuk P.D., Gozhik P.F. & Bilinkis G.M. 1983: On correlation of 

alluvial deposits of Dniester, Prut and Lower Danube. In:  Zelenin 

I.V. (Ed.): Geology of Quaternary deposits of Moldavia. Shtiintsa

Kishinev, 35–82 (in Russian).

Cherednichenko  V.G.,  Bukatchuk  V.P.  &  Pokatilov  1985:  Map  of 

pre-Quaternary formations. 1:1,000,000. Ministry of Geology of 

the USSR, VSEGEI, Leningrad.

background image

110

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

Chirca V.G. 1969: On Lower Antropogene subaqueous  deposits in 

the Lower Prut and Danube. In: Bondarchuk V.G. (Ed.): Mate-

rials on Quartenary Period of Ukraine. Naukova Dumka, Kiev, 

176–197 (in Russian).

Čermák  S.  2010:  The  Late  Miocene  and  Pliocene  Ochotoninae 

 (Lagomorpha,  Mammalia)  of  Europe  —  the  present  state  of 

knowledge. In: Nowakowski D. (Ed.): Morphology and Syste-

matics of Fossil Vertebrates. DN Publisher, Wrocław, 9–28.

Clauzon  G.,  Suc  J.P.,  Popescu  S.M.,  Marunteanu  M.,  Rubino  J.L., 

Marinescu F. & Melinte M.C. 2005: Influence of Mediterranean 

sea-level changes on the Dacic Basin (Eastern Paratethys) during 

the  late  Neogene:  The  Mediterranean  Lago  Mare  facies  deci-

phered: Basin Research 17, 437–462.

De  Leeuw A.,  Morton A.,  van  Baak  C.G.C.  &  Vincent  S.J.  2018: 

 Timing of arrival of the Danube to the Black Sea: Provenance of 

sediments from DSDP site 380/380A. Terra Nova 30, 114–124. 

Dodonov A.E., Sadchikova T.A., Tesakov A.S., Titov V.V. & Trubikhin 

V.M.  2005:  Issues  of  stratigraphy  of  Pliocene–Quaternary 

 formations  of  the  north-western  coast  of  the  Black  Sea.  In: 

 Matishov  G.G.  (Ed.):  Problems  of  Palaeontology  and  archeo-

logy of South of Russia and neighboring areas. “CVVR” Pub-

lishers, Rostov-na-Donu, 27–28 (in Russian).

Enciu P. & Dumitrică C. 2008: Professor Liviu Ionesi’s contribution 

to the Palaeogeographical evolution of the Eastern Carpathians 

Foreland knowledge. Acta Palaeontologica Romaniae 6, 97–103 

(in Romanian).

Erbajeva M.A. & Shushpanov K.I. 1988: Pliocene pikas from Moldova. 

Vestn. Zool. 4, 55–60 (in Russian).

Fejfar O., Heinrich W.-D., Kordos L. & Maul L.C. 2011: Microtoid 

cricetids and the early history of arvicolids (Mammalia, Roden-

tia). Palaeontologia Electronica 14, 3, 27A. https://www.uv.es/

pe/2011_3/6_fejfar/index.html (accessed 3 June 2018).

Fielitz W. & Seghedi I. 2005: Late Miocene-Quaternary volcanism, 

tectonic and drainage system evolution in the East Carpathians, 

Romania. Tectonophysics 410, 111–136.

Forsten A. 1996. Climate and the evolution of Equus (Perissodactyla, 

Equidae)  in  the  Plio-Pleistocene  of  Eurasia. Acta Zoologica 

 Cracoviensia 39, 1, 161–166.

Ghenea C. 1968: Study of the Pliocene deposits between the Prut Val-

ley and the Bârlad Valley. [Studiul depositelor Pliocene dintre 

valea  Prutului  şi  valea  Bîrladului.]  Technical and Economic 

Studies, Series J  Stratigraphy 6, Bucharest, 1–137 (in Romanian 

and French).

Ghenea  C.  1997:  The  Pliocene–Pleistocene  boundary  in  Romania.  

In:  Van  Couvering  J.A.  (Ed.):  The  Pleistocene  boundary  and  

the  beginning  of  the  Quaternary.  Cambridge University press

216–220.

Ghenea  C.  &  Ghenea A.  (Eds.).  1967:  Romania.  Geological  map, 

1:200,000, Birlad, L-35-XVI. Institute of Geology, Bucharest (in 

Romanian).

Gozhik P.F. 2006: Freshwater mollusks of the Late Cenozoic of the 

South of the Eastern Europe. Part 1. GeograficaDelta Ukraina

Kiev, 1–280 (in Russian).

Gozhik P.F. (Ed.) 2012: Sratigraphic Code of Ukraine. 2-nd edition. 

Kyiv, 1–66 (in Ukrainian).

Gozhik P.F. & Chirca V.G. 1973: New data on Pliocene deposits of  

the lower reaches of the Prut and Danube rivers and problems  

of their correlation. In: Bondarchuk V.G. (Ed.): On lower boun-

dary  of  the  Quaternary.  Naukova Dumka,  Kiev,  66–72  (in 

 Russian). 

Gradstein  F.M.,  Ogg  J.G.,  Schmitz  M.D.  &  Ogg  G.M.  (Eds.)  

2012:  The Geological Time Scale 2012. Elsevier, Amsterdam, 

1–1144. 

Gromov I.M. & Polyakov I.Ya. 1977: Fauna of the USSR: Mammals. 

III  (8):  Voles    (Microtinae).  Nauka,  Leningrad,  1–248  (in 

 Russian).

Hubca A.N. 1982: Characteristics of the Carbalia Beds and their area 

of occurrence. In: Adamenko O.M. (Ed.): Problems of the Antro-

pogene of Moldaviia. Shtiintsa, Kishinev, 36–75 (in Russian). 

Hubca A.N., Tretiak A.N. & Volok Z.Eu. 1983: Stratigraphical posi-

tion of Carbalia Beds (by Palaeomagnetic data). In: Zelenin I.V. 

(Ed.): Geology of the Quaternary deposits of Moldavia. Shtiintsa

Kishinev, 82–89 (in Russian).

Ionesi L., Ionesi B., Roşca V., Lungu A. & Ionesi V. 2005: Middle and 

Upper Sarmatian of the Moldovian Platform. Editura Academiei 

Române, Bucharest, 1–558 (in Romanian).

Jipa D.C. & Olariu C. 2009: Dacian Basin. Depositional architecture 

and sedimentary history of a Paratethys Sea. Geo-Eco-Marina, 

Special Publication 3, 1–264. 

Jorissen E.L., de Leeuw A., van Baak Ch..G.C., Mandic O., Stoica 

M., Abels H.A. & Krijgsman W. 2018: Sedimentary architecture 

and depositional controls of a Pliocene river-dominated delta in 

the semi-isolated Dacian Basin. Sediment. Geol. 368, 1–23.

Kent D.V. 1999: Orbital tuning of geomagnetic polarity time-scales. 

Philos. Trans. R. Soc. London Ser. A 357, 1995–2007.

Kholodov V.N., Golubovskaya E.V. & Nedumov R.I. 2014: Origin 

and Prospects of the Cimmerian Iron Ore Basin in Ukraine and 

Russia. Lithology and Minerals 5, 383–405.

Konstantinova N.A. 1967: Antropogene of the Southern Moldaviia 

and  South-Western  Ukraine.  Transactions of the Geological 

 Institute 173, 1–138 (in Russian).

Krijgsman  W.  &  Piller  W.  2012:  Central  and  Eastern  Paratethys 

 Regional Stages. In: Gradstein F.M., Ogg J.G., Schmitz M. & 

Ogg,  G..  The  Geologic  Time  Scale  2012.  Elsevier,  Oxford, 

 935–937.

Krijgsman W., Stoica M., Vasiliev I. & Popov V.V. 2010: Rise and fall 

of the Paratethys Sea during the Messinian Salinity Crisis. Earth 

Planet. Sci. Lett. 290, 183–191.

KrijgsmanW., Tesakov A., Yanina T.,  Lazareva S.,  Danukalova  G., 

Van Baak C.G.C., Agustí J., Alçiçek M.C, Aliyeva E., Bista, D., 

Bruch A., Büyükmeriç Y., Bukhsianidze M., Flecker R., Frolov 

P.,  Hoyle  T.M.,  Jorissen  E.L.,  Kirscher  U.,  Koriche  S.A.,. 

 Kroonenberg  S.B,  Lordkipanidze  D.,  Oms  O.,  Rausch  L., 

 Singarayer J., Stoica M., van de Velder S., Titov V.V.,  Wesselinghr 

F.P. 2019: Quaternary time scales for the Pontocaspian domain: 

Interbasinal connectivity and faunal evolution. Earth-Sci. Rev. 

188, 1–40.

Leever K., Matenco L., Bertotti G., Cloetingh S. & Drijkoningen G. 

2006: Late orogenic vertical movements in the Carpathian Bend 

Zone — seismic constraints on the transition zone from orogen 

to foredeep. Basin Research 18, 521–545. 

Lister  A.M.  &  van  Essen  H.  2003:  Mammuthus  rumanus  (ȘTE-

FĂNESCU), the earliest mammoth in Europe. In: Advances in 

Vertebrate  Palaeontology  “Hell  to  Panla”,  Part  II.  Romanian 

Academy, Speleological Institute “Emil Racovita”,  Bucharest, 

47–53.

Matenco  L.,  Bertotti  G.,  Leever  K.,  Cloetingh  S.,  Schmid  S.M.  & 

Tărăpoancă M. 2007: Large-scale deformation in a locked colli-

sional boundary: Interplay between subsidence and uplift, intra-

plate stress, and inherited lithospheric structure in the late stage 

of the SE Carpathians evolution. Tectonics 26, 4, 1–29, TC4011. 

Matoshko A.A.,  Matoshko A.V.,  de  Leeuw A.  &  Stoica  M.  2016: 

 Facies analysis of the Balta Formation: Evidence for a large late 

Miocene fluvio-deltaic system in the East Carpathian Foreland. 

Sedimentary Geology, 343, 165–189.

Matoshko A.V., Gozhik P.F. & Danukalova G. 2004: Key Late Ceno-

zoic fluvial archives of eastern Europe: the Dniester, Dnieper, 

Don and Volga. Proceedings of the Geologists’ Association 115, 

141–173. 

Matoshko A.V., Gozhik P.F. & Semenenko V.N. 2009: Late Cenozoic 

fluvial development within the Sea of Azov and Black Sea coas-

tal plains. Global Planet. Change  68, 270–287. 

background image

111

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

Maul L. & Markova A.K. 2007: Similarity and regional differences in 

Quaternary arvicolid evolution in Central and Eastern Europe. 

Quaternary International 160, 81–99.

Miall A.D. 2000: Principles of Sedimentary Basin Analysis. Springer- 

Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1–616. 

Miall  A.D.  2006:  The  geology  of  fluvial  deposits.  Sedimentary 

 Facies,  Basin  Analysis,  and  Petroleum  Geology.  Springer- 

Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1–582. 

Mokriak  I.M.,  Shvets  L.K.,  Dobosh  O.P.  &  Popov  S.V.  2008: 

L-35-XXIII (Izmail), L-35-XXIX (Tulcha). In: Velikanov V.Ya. 

(Ed.):  State  geological  map  of  Ukraine.  1:200,000.  Kyiv  (in 

Ukrainian).

Munteanu I., Matenco L., Dinu C. & Cloetingh S. 2012: Effects of 

large sea

‐level variations in connected basins: the Dacian–Black 

Sea  system  of  the  Eastern  Paratethys.  Basin Research  24,  5, 

583–597.

Muratov M.V. 1964: Cimmerian palaeogeography of the Middle Plio-

cene in area of the Black Sea — Caspian Sea basin. Lithology 

and Minerals, 4, 3–20 (in Russian).

Necea D., Fieletz W. & Matenco L. 2005: Late Pliocene–Quaternary 

tectonics in the frontal part of the SE Carpathians: Insights from 

tectonic geomorphology. Tectonophysics 410, 137–156.

Negadaev-Nikonov  K.N.,  Lukashev  V.K.,  Hubca A.N.  & Anoshko 

Ya.I. 1980: Palaeontological and geochemical indicators of the 

Quaternary  environment  in  south-western  part  of  the  USSR. 

Shtiintsa, Kishinev, 1–115. 

Nichols G.J. & Fisher J.A. 2007: Processes, facies and architecture of 

fluvial distributary system deposits. Sediment. Geol. 195, 75–90.

Nikiforova  K.V., Alexandrova  L.P.,  Trubikhin  V.M.  &  Tchepalyga 

A.L.  1986:  Correlation  of  Pliocene–Eopleistocene  deposits  of 

the South of the European part of USSR and SRR. In: Continen-

tal  Upper  Pliocene  of  the  Black  Sea  —  Caspian  Sea  region. 

 Rotaprint GIN AN USSR, Moscow, 5–17 (in Russian).

Olariu C., Krezsek C. & Jipa C. 2018: The Danube River inception: 

Evidence for a 4 Ma continental-scale river born from segmen-

ted ParaTethys basins. Terra Nova 30, 1, 63–71.

Paleobiology  Database  2018:  Fossilworks.  Macquarie University

http://fossilworks.org. (accessed 6 June 2018)

Palatnaia  N.N.  1991:  Geological  structure  of  the  bottom  deposits  

of  the  Sasyk  Liman.  In:  Shelkoplias  V.N.  (Ed.): Antropogene 

(Quaternary)  formations  of  Ukraine.  Institute of Geological 

Sciences of Academy of Sciences of Ukraine,  Kiev,  126–130  

(in Russian).

Palcu  D.V.,  Golovina  L.A.,  Vernyhorova  Y.V.,  Popov  S.V.  & 

 Krijgsman W. 2017: Middle Miocene paleoenvironmental crises 

in Central Eurasia caused by changes in marine gateway confi-

guration. Global Planet. Change 158, 57–71.

Popescu  S-M.,  Dalesme  F.,  Jouannic  G.,  Escarguel  G.,  Head  M.J., 

Melinte

‐Dobrinescu M.C., Sütö‐Szentai M., Bakrac K., Clauzon 

G. & Suc J-P. 2009: Galeacysta etrusca complex: Dinoflagellate 

cyst  marker  of  paratethyan  influxes  to  the  Mediterranean  Sea 

 before  and  after  the  peak  of  the  Messinian  salinity  crisis. 

 Palynology 33, 2, 105–134.

Popov S.V., Rögl F., Rozanov A.Y., Steininger F.F., Shcherba I.G. & 

Kovač M. (Eds.) 2004: Lithological–Palaeogeographic maps of 

Paratethys.  10  maps  Late  Eocene  to  Pliocene.  E. Schweizer-

bart’sche Verlagsbuchhandlung

Radulescu C. & Samson P-M. 1996: Pliocene and Early Pleistocene 

arvicolids (Rodentia, Mammalia) of the Dacic Basin, Romania. 

Acta Zoologica Cracovensia 39, 1, 401–406. 

Radulescu C. & Samson P-M. 2001: Biochronology and evolution of 

the Early Pliocene to the Early Pleistocene mammalian faunas of 

Romania. Boll. Soc. Palaeontologica Italiana 40, 2, 285–291.

Radulescu C., Samson P-M., Petculescu A. & Stiucă E. 2003 : Plio-

cene large mammals of Romania. Coloquios de Palaeontología 

1, 549–558.

Rengarten N.V. & Konstantinova N.A. 1965. The role of the facies– 

mineralogic analysis in reconstruction of the Antropogene cli-

mate (on example of the Southern Moldaviia and South-Western 

Ukraine).  Transactions of the Geological Institute 137. 1–138 

(in Russian).

Rögl  F.  1998:  Palaeogeographic  considerations  for  Mediterranean 

and  Paratethys  seaways  (Oligocene  to  Miocene).  Annalen des 

Naturhistorischen Museums in Wien 99, 279–310. 

Roşca  V.Kh.  1969:  Miocene.  In:  Polev  P.V.  (Ed.):  Geology  of  the 

USSR,  XLV,  Moldavskaia  SSR.  Geologic  description  and 

 minerals. Nedra, Moscow, 137–171 (in Russian).

Rosgen D.L. 1994: A classification of natural rivers. Catena 22,  169–199.

Ross D.A. 1978:. Summary of results of Black Sea drilling. In: Ross 

D. A. & Neprochnov Y. P. (Eds.): Initial Reports of the Deep Sea 

Drilling Project. U.S. Government Printing Office, Washington 

DC, 1149–1178. 

Rudkevich M.Ya. 1955: Some peculiarities of the Neogene history in 

western part of the Fore-Black Sea Depression. Bulletin of Mos-

cow Society of Naturalists. Geological Branch XXX, 1, 1–20.

Rümke  C.G.  1985:  A  review  of  fossil  and  recent  Desmaninae 

 (Talpidae,  Insectivora).  Utrecht MicroPalaeontological Bulle-

tins 4, 1–241.

Sadchikova  T.A., Alexandrova  L.P.,  Trubikhin  V.M.  &  Tchepalyga 

A.N.  1983:  Genetic  conditions,  palaeontological  and  palaeo-

magnetic  characteristics  of  ancient  fluviatile  deposits  of  the 

Southern  Moldaviia  (Luchesty  Section)  In:  Upper  Pliocene  of 

the  Black  and  Caspian  seas  region.  Rotaprint, GIN AN SSSR

Moscow, 50–58 (in Russian).

Sanders C.A.E., Andriessenan P.A.M. & Cloetingh A.P.L. 1999: Life 

cycle of the East Carpathian orogen: Erosion history of a doubly 

vergent critical wedge assessed by fission track thermochronol-

ogy. J. Geophys. Res. 104, B12, 29,095–29,112. 

Saulea E., Ghenea C., Bandrabur T. & Ghenea A. (Eds.) 1967: Roma-

nia.  Geological  map,  1:200,000.  Focșani,  L-35-XXII-XXIII. 

 Institute of Geology, Bucharest (in Romanian).

Shevchenko A.I. 1965: Key sites of the Pliocene and Lower Antropo-

gene of the south-western part of the Russian Plain. In: Strati-

graphic  importance  of Antropogene  fauna  of  small  mammals. 

Nauka, Moscow, 7–59 (in Russian).

Shushpanov A.I. 1977: Fauna of the small mammals of the site Chish-

michioi in Moldavia. In: Yatsko I.Ya. (Ed.): Fauna complexes of 

Cenozoic flora of the areas adjoined to the Black Sea. Shtiintsa

Kishinev, 32–35 (in Russian).

Shushpanov A.I. 1980: Fauna of the small mammals of the Middle 

and Upper Pliocene of the South-West of Moldavia. Proceedings 

of the AN MSSR, series: biological and chemical sciences  5, 

234–237 (in Russian).

Sincov I.F. 1897: Descriptions of some Neogene fossils found in Bes-

sarabiia. Notes of the Novorossiia Society of Naturalists 21, 1, 

1–123 (in Russian).

Sinegub V.V.  1969:  Pliocene.  In:  Polev  P.V.  (Ed.):  Geology  of  the 

USSR, XLV, Moldavskaia SSR. Geologic description and mine-

rals. Nedra, Moscow, 179–195 (in Russian).

Snel E., Mărunţeanu M., Macaleţ R., Meulenkamp J.E. & van Vugt N. 

2006:  Late  Miocene  to  Early  Pliocene  chronostratigraphic 

framework for the Dacic Basin, Romania. Palaeogeogr. Palaeo-

climatol. Palaeoecol. 238, 107–124.

Svetlitskaya T.V. 1994: Landscape and climate of the south-western 

Russian Plain in the Pliocene. In: Thompson R.S. (Ed.): Pliocene 

Terrestrial  Environments  and  Data/Model  Comparisons.  U.S. 

Geol. Survey Open-File Report 94-023, Version 1.0, http://pubs. 

usgs. gov/of/1994/of94-023/text.txt (accessed 17 September 2017).

Tchepalyga  A.L.  1967:  Quaternary  freshwater  mollusks  of  the 

 southern regions of the Russian Plain and their stratigraphical 

importance.  Transactions of the Geological Institute, Geologi-

cal Series 166, 1–222 (in Russian).

background image

112

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

Tesakov A.S. 2003: Early evolutionary stages of pitymyoid mimo-

myine  voles  (Pitymimomys, Arvicolinae,  Cricetidae)  from  the 

Early  Villanyian  of  Eastern  Europe.  Coloquios de Palaeon-

tología 1, 659–668.

Tesakov  A.S.  2004:  Biostratigraphy  of  Middle  Pliocene– 

Eopleistocene  of  Eastern  Europe  (Based  on  Small  

Mammals).  Trans 

actions of GIN RAN  554,  1–247  

(in Russian).

Thomas  R.G.,  Smith  D.G., Wood  J.M., Visser  J.,  Calverley-Range 

E.A.  &  Koster  E.H.  1987:  Inclined  heterolithic  stratification. 

Terminology, description, interpretation and significance. Sedi-

ment. Geol. 53, 123–179.

Van Baak Ch.G.C., Mandic O., Iuliana L., Stoica M. & Krijgsman W. 

2015: The Slanicul de Buzau section, a unit stratotype for the 

Romanian stage of the Dacian Basin (Plio–Pleistocene, Eastern 

Paratethys).  Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 440, 

594–613. 

Vangengeim E.A., Pevzner M.A. & Tesakov A.S. 1995: Chronologi-

cal relationships of Pliocene deposits in fluviatile plains between 

Prut  and  Southern  Bukh  Rivers.  Stratigraphy and Geological 

Correlation 3, 1, 54–64.

Vangengeim  E.A.  & Tesakov A.S.  2008:  Design  principles  of  bio-

chronologic scales by means of mammals of the Pliocene and 

Pleistocene. Problem state. Bulletin of Commission on Quater-

nary Period Research 68, 59–69 (in Russian).

Vasiliev I., Krijgsman W., Langereis C.G., Panaiotu C.E., Matenco L. 

& Bertotti G. 2004: Towards an astrochronological framework 

for the eastern Paratethys Mio-Pliocene sedimentary sequenses 

of the Focsani basin (Romania). Earth Planet. Scie. Lett. 227, 

231–247. 

Vislobokova I. & Tesakov A. 2013: Early and Middle Pleistocene of 

Northern  Eurasia.  In:  Elias  S.A.  (Ed.):  The  Encyclopedia  of 

Quaternary Science, 4. Elsevier, Amsterdam, 605–614. 

Wong  H.K.,  Panin  N.,  Dinu  C.,  Georgescu  P.  &  Rahn  C.  1994: 

 Morphology and post-Chaudian (Late Pleistocene) evolution of 

the submarine Danube Fan Complex: Terra Nova 6, 5, 502–511.

Zheru M.I. 1978: Clayey formations of Moldavia. Shtiintsa, Kishinev, 

1–233 (in Russian).

Site name

East

longitude

North 

latitude

Number 

in Fig. 1

Albota de Jos

28.4707

45.9441

31

Andrușul de Sus

28.2575

46.0076

27

BăIăbăneşti 1

27.7305

46.0915

5

BăIăbăneşti 2

27.7331

46.0908

6

Bereşti

27.8904

46.1100

4

Bolgrad 1

28.6560

45.6758

49

Bolgrad 3

28.6500

45.6570

52

Borceag

28.4871

46.0651

23

Budăi 1

28.4634

45.8353

36

Budăi 2

28.5035

45.8110

38

Cahul 2

28.2357

45.8811

34

Chioselia

28.4124

46.1403

17

Chioselia Mare

28.4636

46.1030

20

Ciobalaccia 1

28.2986

46.1679

15

Ciobalaccia 2

28.2752

46.1520

16

Cislita–Prut

28.1723

45.5350

60

Cişmichioi 1,2

28.3892

45.5435

59

Cîșla

28.3337

46.1352

18

Cociulia 1

28.3972

46.3632

12

Colibași-Brînza

28.1741

45.6907

48

Colibași 1

28.1849

45.6970

44

Colibași 2

28.2088

45.7334

46

Crăciun

28.3593

46.2290

14

Dermengi

28.4125

45.8736

35

Dolynske 1

28.3088

45.4848

65

Dolynske 2

28.3143

45.4722

66

Dolynske 3

28.3151

45.4541

68

Dolynske 4

28.3265

45.4526

69

Etulia Noua 6

28.4472

45.5405

61

Etulia Noua 2

28.4352

45.5198

62

Flocoasa

28.2721

46.1369

19

Foltești

28.0583

45.7241

8

Frumusica

28.4691

46.0807

21

Gavanoasa

28.7744

45.3961

43

Giurgiuleşti 1

28.1994

45.4944

64

Giurgiuleşti 2

28.1829

45.4837

67

Site name

East

longitude

North 

latitude

Number 

in Fig. 1

Hîrtop-Balabanu

28.5181

45.9310

32

Huluboaia-Doina

28.3178

46.0819

22

Kotlovyna

28.5868

46.5188

63

Lărguța

28.3019

46.2823

13

Ljdileni 1

28.0328

45.6559

9

Ljdileni 2

28.0468

45.6380

9

Luceşti

28.3186

45.9911

28

Lymanske 1

28.4124

45.4196

70

Malusteni 1

27.9178

46.1908

1

Manta

28.2155

45.7963

41

Manzatesti

27.8767

46.1658

3

Moscovei

28.3012

45.9227

33

Musaitu

28.5035

45.8110

40

Pelinei

28.3256

45.8179

39

Slobozia Oancea

28.1061

45.8876

7

Spicoasa

28.3785

46.0445

24

Tartaul de Salcie

28.4213

45.9717

29

Tătăreşti 1

28.3511

46.0122

25

Tătăreşti 2

28.3537

46.0390

26

Topolyne

28.6511

45.6111

55

Trifestii Noi

28.3563

45.9577

30

Tuluceşti

28.0418

45.5610

10

Tutcani

27.9474

46.1730

2

Ursoaia

28.3223

45.8567

37

Valeni - Slobozia Mare 1

28.1666

45.6075

57

Valeni - Slobozia Mare 2

28.1696

45.6118

56

Valeni - Slobozia Mare 3

28.1921

45.5987

58

Valeni 1

28.1731

45.6590

53

Valeni 2

28.1766

45.6217

54

Vanatori

28.0361

45.5302

11

Vynogradivka1

28.5667

45.7107

45

Vladimirovca

28.3567

45.7887

42

Vulcănești 1

28.4463

45.6846

47

Vulcănești 2

28.3680

45.6756

50

Vulcănești 3

28.3664

45.6806

51

Appendix

Location of cited sites.

background image

i

THE PLIO–PLEISTOCENE FLUVIAL SYSTEM OF THE PALEO-DANUBE

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

Supplement

Table S1: Age  of  Porat  Fm.  by  index-representatives  of  terrestrial  large  mammals  which  appearance,  living  frame  or  extinction  falls  in  

the Pliocene–Early-Middle Pleistocene. The determination of taxa or reference in summaries are made for: Konstantinova 1967 (Alexeeva L.I., 

Gromova I.M., Kalke G.D.); Radulescu et al. 2003 (Athanasiu; Simonescu, Samson, Radulescu; Samson); Ali-Zade et. al. 1972 (Alexeeva L.I., 

Garutt  V.E.,  Dubrovo  I.A.);  Hubca  1982  (Khomenko,  Krokos; Alexeeva  L.I.).  Living  frame  is  according  to:  (1)  Radulescu  et  al.  2003;  

(2)  Vislobokova  &  Tesakov  2013;  (3)  Paleobiology  Database  2018;  (4)  Vangengeim  et  al.  1995;  (5)  Forsten  1996.  Abbreviations:  

Tur. — Turolian, Villafran. — Villafrancian, MN — mammal units of Western Europe (Augustí et al. 2001). For estimation of rejuvenation of 

mammal ages southwards see the locations of sites in Fig. 1 in the text.

background image

ii

MATOSHKO, MATOSHKO and DE LEEUW

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 2, 91–112

Table S2: Age of Porat Fm. by index-representatives of terrestrial small mammals which appearance, living frame or extinction falls in the 

Pliocene-Quaternary. The determination of taxa in summaries are made for: Konstantinova 1967 (Alexeeva L.I., Odintsova I.A., Gromov I.M.,  

Alexandrova L.P., Shevchenko A.I.); Hubca 1982 (Alexeeva L.I.); Ali-Zade et al. 1972 (Gromov I.M., Topachevskii V.A., Shushpanov K.I., 

Alexandrova L.P.). Living frame is according to: (1) Paleobiology Database 2018; (2) Vangengeim et al. 1995; (3) Vangengeim & Tesakov 

2008; (4) Čermák 2010; (5) Fejfar et al. 2011; (6) Radulescu & Samson 1996; (7) Tesakov 2004; (8) Maul & Markova 2007; (9) Gromov & 

Polyakov 1977; (10) Bell & Bever 2006; (11) Vislobokova & Tesakov 2013; (12) Rümke 1985. Abbreviations: see in Table S1. For estimation 

of rejuvenation of mammal ages southwards see the locations of sites in Fig. 1 and description in the text.